logo

RCSTV.RU

Форум Ставропольских моделистов

  • Вы не вошли.

Объявления

#1 Окт. 26, 2012 12:12:00

CAMELION
Юрий
Из: Планета земля
Зарегистрирован: 2011-10-12
Сообщения: 5783
Репутация: +  12  -
Профиль  
Отправить e-mail  

Статьи для тех кто только в начале самого интересного

Принцип работы модельных двигателей

В двухтактных двигателях все рабочие процессы происходят за два такта, которые выполняются за один оборот коленчатого вала. В процессе работы двухтактного двигателя также принимает участие переменный объем, образованный полостью картера и нижней стороной донца поршня.

photo


Первый такт – «всасывание-сжатие», при вращении коленчатого вала (КВ) поршень двигается вверх от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ). В течение этого такта в полость картера, через золотниковое устройство всасывается новая порция воздушно-топливной смеси (обычно говорят – происходит впуск горючей смеси) и одновременно происходит сжатие, но уже в объеме цилиндра, предыдущей порции горючей смеси (ГС);

За некоторое время перед завершением первого такта (это называется опережением зажигания), в цилиндре происходит воспламенение ГС, при горении которой резко возрастает давление внутри камеры сгорания. Это давление воздействует на донце поршня, заставляя его двигаться от ВМТ к НМТ.

Опережение зажигания требуется для того, чтобы к моменту достижения поршнем ВМТ процесс горения ГС в камере сгорания уже начался, но еще не достиг своего максимума, в момент которого в цилиндре развивается наибольшее давление. Оптимальное время достижения максимума давления соответствует углу поворота КВ на 10-12 градусов после прохождения ВМТ. В этот момент поршень уже движется вниз, а кинематика КШМ может обеспечить максимальную эффективность преобразования тепловой энергии расширяющихся продуктов горения в механическую энергию вращающегося коленчатого вала.

Второй такт – «рабочий ход-продувка», включает в себя процесс расширения сгорающего топлива (собственно это и есть рабочий ход, в результате которого на коленчатом валу развивается механическая мощность), и процесс сжатия в полости картера свежей ГС, засосанной туда в первом такте. После прохождения поршнем примерно половины пути вниз, открывается выхлопное окно, и начинается процесс выхлопа, в результате которого газы, образовавшиеся в процессе горения топлива, выбрасываются из цилиндра наружу (в атмосферу или в полость глушителя), а еще чуть позже, после открытия перепускного окна (их может быть несколько), сжатая в картере свежая порция ГС устремляется в цилиндр, вытесняя от туда остатки отработанных газов. Этот процесс называется продувкой.

photo


Таким образом, все процессы в двухтактном двигателе происходят за один полный оборот коленчатого вала.

Относительное время протекания каждого процесса в двигателе принято называть фазой. Численно все фазы выражают не в единицах измерения времени, а в угловых градусах, которые показывают угол поворота коленчатого вала вокруг своей оси, в течение которого происходит тот или иной процесс в двигателе. Это позволяет максимально точно описать все процессы, независимо от скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Несмотря на то, что в течение одного такта происходит сразу несколько взаимосвязанных процессов, при анализе работы двухтактного двигателя достаточно рассматривать фазы всего трех процессов: фазы впуска, фазы продувки и фазы выхлопа.

Следует помнить, что в двухтактных двигателях основные процессы газораспределения регулируются поршнем, и являются симметричными относительно НМТ и ВМТ. Только процесс впуска регулируется дополнительным золотниковым устройством, и для достижения максимальной эффективности специально делается асимметричным относительно НМТ, что в конечном итоге определяет направление вращения коленчатого вала.

Для наглядности фазы газораспределения часто изображают графически на совмещенной круговой диаграмме.

photo


Мы еще не раз будем возвращаться к фазам процессов, происходящих в двигателях.

В четырехтактном двигателе принято все процессы отсчитывать с момента начала движения поршня вниз от ВМТ. Кроме того, в отличие от двухтактных двигателей, объем картера четырехтактного двигателя не принимает участие в рабочих процессах, а просто соединен с атмосферой специальным каналом - сапуном.

Первый такт – «всасывание», длится примерно пол-оборота КВ, в течение которого поршень движется от ВМТ к НМТ. Наполнение цилиндра свежей ГС происходит не через золотниковое устройство, сообщающееся с полостью картера, а через открытый в это время клапан, установленный непосредственно в головке цилиндра.

Второй такт – «сжатие», длится следующие пол-оборота КВ. Поршень движется в обратном направлении, от НМТ к ВМТ, сжимая в камере сгорания ГС и подготавливая ее к воспламенению. Впускной клапан при этом уже закрыт. Перед окончанием такта сжатия (здесь также есть опережение зажигания) происходит воспламенение смеси раскаленной спиралью или искровым разрядом свечи, после чего давление в камере сгорания возрастает и начинает воздействовать на донце поршня, который устремляется вниз.

Третий такт – «рабочий ход», длится очередные пол-оборота КВ. В течение этого такта происходит преобразование потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию вращающегося коленчатого вала. Все клапаны закрыты.

Четвертый такт – «выхлоп», также длится пол-оборота. В течение этого такта, при движении поршня вверх, отработанные газы из цилиндра выталкиваются через открывшийся выхлопной клапан наружу (в атмосферу или в полость глушителя).

На этом все процессы цикла завершаются, и при дальнейшем вращении коленвала, в двигателе начинается следующий цикл процессов газораспределения.

Фазы четырехтактного двигателя задаются распределительным валом с кулачками специальной формы, существенно отличаются от фаз двухтактного двигателя и, как правило, не являются симметричными. Но это – тема для отдельного разговора, выходящего за рамки этой статьи.

Очевидно, что в четырехтактных двигателях общая длительность протекания всех процессов в два раза больше, чем в двухтактных – они происходят за время, в течение которого КВ совершает не один, а два оборота. Соответственно, и рабочий ход совершается в два раза реже. Именно поэтому двухтактные двигатели имеют более высокую литровую мощность, т.е. при равной кубатуре двух- и четырехтактных двигателей, двухтактный двигатель теоретически должен быть в два раза мощнее. Но на практике этого не происходит, т.к. физическая эффективность всех процессов в четырехтактных двигателях выше, а внутренние потери – меньше. Тем не менее, в тех случаях, когда при ограниченной кубатуре двигателя требуется получить максимальную мощность, предпочтение отдается двухтактным моторам.
По материалам:http://skyflex.air.ru/ [skyflex.air.ru]


Достучаться до справедливости в ворота дворцов можно лишь прикладами винтовок

Отредактировано CAMELION (Окт. 26, 2012 12:15:22)

Офлайн

#2 Окт. 26, 2012 12:19:42

CAMELION
Юрий
Из: Планета земля
Зарегистрирован: 2011-10-12
Сообщения: 5783
Репутация: +  12  -
Профиль  
Отправить e-mail  

Статьи для тех кто только в начале самого интересного

Важнейшие характеристики модельных двигателей

Все характеристики двигателей можно условно разделить на две группы: «паспортные» и «специальные технические». К паспортным характеристикам принято относить те, которые указываются производителем в документации, выдаваемой пользователю при покупке мотора. Обычно это минимально-необходимый набор данных, включающий самые необходимые сведения о двигателе:
# Рабочий объем двигателя, диаметр и ход поршня;
# Максимальные/минимальные обороты;
# Мощность двигателя;
# Масса (вес);
# Габаритные размеры;
# Гарантированный ресурс.

Как правило, этим все и ограничивается.

Но при разработке мотора и его стендовых испытаниях учитывается и исследуется гораздо большее число параметров, которые при необходимости можно получить, сделав простейшие математические вычисления, практические измерения или послав соответствующий запрос на фирму-изготовитель. Прежде всего, это:
# Внешняя характеристика;
# Дроссельная характеристика;
# Удельный расход топлива;
# Литровая мощность;
# Литровая масса;
# Удельная масса;
а также некоторые другие.

Учитывая, что предложенное деление на «паспортные» и «специальные технические» характеристики довольно условно, рассмотрим подробнее самые основные из них, не останавливаясь на очевидных.

Рабочий объем двигателя численно равен произведению площади сечения цилиндра на величину хода поршня, или:

Vдв= 3,14*D2*S/4,

где D – диаметр цилиндра, см; S – ход поршня, см.

Ход поршня равен диаметру окружности, по которой движется геометрическая ось нижней шейки шатуна двигателя при вращении коленчатого вала двигателя.

В метрических единицах объем модельных двигателей принято выражать в кубических сантиметрах (куб.см). В последнее время стали часто использовать англо-американскую размерность объема – кубические дюймы. Кубический дюйм равен ~ 16,4 куб.см. При обозначении объема двигателя в кубических дюймах величина объема указывается в его названии после точки, например: «Webra .46». Точка перед цифрами означает, что объем мотора равен какой-то части одного кубического дюйма. Для того, чтобы перевести эту величину в метрическую, необходимо просто умножить 16,4 на 0,46 и получим объем в кубических сантиметрах:

Vдв=16.4*0.46=7,54 куб.см.

Серийно выпускаются модельные одноцилиндровые двигатели с рабочим объемом от 0.3 до 25 кубических сантиметров и более.

В спортивных целях объемы двигателей в различных классах классифицируются строгим образом, т.к. рабочий объем двигателя в большинстве случаев является важнейшим ограничительным параметром самой модели. Так, в соответствие с требованиями международного кодекса FAI, в авиамоделизме приняты следующие ограничения кубатуры двигателей:
F1C (свободнолетающие таймерные модели) <= 1,0 куб.см и <= 2,5 куб.см;
F2A, F2C, F2D (кордовые скоростные, гоночные и модели воздушного боя) <= 2,5 куб.см;
F2B (кордовые пилотажные модели) <= 10 куб.см;
F3A (радиоуправляемые пилотажные модели) <= 10 см.куб. (двухтактные двигатели) и <= 20 куб.см (четырехтактные двигатели). Последние годы это правило фактически не применяется, и к соревнованиям допускаются модели с двигателями гораздо больших кубатур;
F3D (радиоуправляемые гоночные модели) <= 6,6 куб.см и <= 3,5 куб.см («маленькая» гонка);
F4C (радиоуправляемые модели-копии) <= 250 куб.см.

На рекордных моделях допускается установка двигателей с другими рабочими объемами. Аналогичные ограничения существуют в авто- и судомодельном спорте.

Максимальные и минимальные обороты показывают величину максимальных и минимальных устойчивых оборотов коленчатого вала двигателя, гарантируемых производителем при работе на стандартном топливе и при нормированной нагрузке. Обычно указывается число оборотов, совершаемых коленвалом мотора за одну минуту.

Эта величина (n) может обозначаться двумя равнозначными способами:

n = 17500 об/мин = 17500 мин-1

Рабочие обороты большинства модельных двигателей могут изменяться в диапазоне примерно от 1.500-3.000 об/мин до 10.000-15.000 об/мин. Максимальные обороты спортивных высокофорсированных двигателей для скоростных и гоночных моделей могут достигать 35.000-40.000 оборотов в минуту и более.

Мощность двигателя – величина, показывающая, какую работу может совершить двигатель за единицу времени. Мощность выражается в киловаттах (кВт), или в лошадиных силах (л.с.). Эти две величины связаны между собой так:

1 кВт = 1.36 л.с.
1 л.с. = 0.74 кВт

Различают два параметра, характеризующие мощность двигателя: мощность, развиваемая в цилиндре двигателя (она называется индикаторной мощностью, и обозначается как Ni), и мощность на валу двигателя (она называется эффективной мощностью, и обозначается как Ne). Эффективная мощность меньше индикаторной мощности на величину потерь в самом двигателе.

Таким образом, коэффициент полезного действия двигателя (КПД, обозначается как η) равен:

η = Ne/Ni

Мощность двигателя зависит от его рабочего объема, оборотов и среднего эффективного давления газов в цилиндре при рабочем ходе. Мощность определяется по формуле:

Ni = Vдв*n*Pi/k,

где Vдв – объем двигателя, куб.см, n - скорость вращения коленвала, об/мин; Pi – среднее индикаторное давление, кг/см2; k - безразмерный коэффициент. Для двухтактных двигателей k=450, а для четырехтактных k=900.

Есть еще одна величина, от которой значительно зависит среднее индикаторное давление, а следовательно, и мощность двигателей – это степень сжатия. Чем выше степень сжатия, тем больше тепла, выделяющегося при сгорании топлива, преобразуется в полезную работу, тем выше КПД двигателя.

Степенью сжатия (e) называется отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания (часто этот параметр называют геометрической степенью сжатия). Степень сжатия рассчитывается по формуле:

e = (Vдв+Vc )/Vc,

где Vc – объем камеры сгорания, который ограничен снизу донцем поршня, в момент его нахождения в ВМТ.

Обычно пользователя интересует максимальная мощность, которую может развить двигатель. Однако это не самый показательный параметр, т.к. он характеризует мощность двигателя в самом напряженном режиме работы, тогда как двигатели радиоуправляемых моделей обычно оснащены карбюратором, и большее время эксплуатируются именно в переходных, менее напряженных режимах. Следовательно, гораздо важнее знать зависимость мощности двигателя от скорости вращения коленвала, и от величины нагрузки.

Внешняя характеристика (Nвн) показывает зависимость эффективной мощности двигателя от числа оборотов коленвала при полностью открытой дроссельной заслонке карбюратора, и при изменении передаваемого на винт модели крутящего момента (с разной нагрузкой, или – с винтами разного шага).

photo


Красная кривая на диаграмме показывает, что абсолютно максимальную мощность двигатель может развить только с винтом, имеющим при неизменном диаметре определенный шаг (синяя кривая).

Дроссельная (или – винтовая) характеристика (Nвинт) показывает зависимость эффективной мощности двигателя от числа оборотов коленвала при нагрузке двигателя воздушным винтом фиксированного диаметра и шага при различных углах открытия дроссельной заслонки карбюратора.

Винтовые и дроссельные характеристики обычно составляют семейство нагрузочных характеристик, т.к. снимаются для различных винтов (черные, коричневая, синяя и зеленая кривые) при различном положении дроссельной заслонки карбюратора (красные пунктирные кривые).

Из представленной диаграммы можно сделать вывод о том, что для отбора от двигателя максимальной мощности, предпочтение следует отдать оптимальному «синему» винту, «коричневый» винт несколько тяжел для максимальных оборотов, но более «тяговит» и будет лучше работать на переходных режимах при частично закрытой заслонке, а установка на модель легкого «зеленого» винта позволит «раскрутить» мотор, и лететь с максимальной скоростью.

Необходимо также помнить, что в полете винты аэродинамически разгружаются, что равносильно некоторому смещению нагрузочных кривых на диаграмме вправо.

Эффективную мощность обычно рассчитывают косвенным методом, после стендовых замеров крутящего момента (Mкр) двигателя, по примерной формуле:

Ne = Mкр*n/71620,

где Ne – эффективная мощность, л.с.; Mкр – крутящий момент, кгс*см; n – частота оборотов КВ, об/мин; а 71620 – безразмерный эмпирический коэффициент.

Для измерения крутящего момента двигатель устанавливают на балансировочный станок, который позволяет измерить этот параметр в широком диапазоне оборотов вращения коленвала и при различных нагрузках.

В принципе, балансировочный станок это не сложное устройство, представляющее собой поворотную раму. Ось коленчатого вала двигателя и ось, вокруг которой может поворачиваться на небольшой угол рама станка, расположены аксиально, т.е. на одной прямой. Реакция двигателя от вращения воздушного винта заставляет отклоняться поворотную раму стенда в противоположную от направления вращения винта сторону. Это отклонение компенсируется уравновешивающими грузами или пружинами. Вес грузов (или усилие растяжения пружин) и являются показателями крутящего момента двигателя.

Фактически же, современные балансировочные станки это очень сложные и точные конструкции, оснащенные многими вспомогательными устройствами и приспособлениями: динамическими электромагнитными компенсаторами, имеющими прямой вывод данных на дисплей или непосредственно в компьютер, и предназначенными для точного измерения крутящего момента, электронно-оптическими тахометрами для измерения оборотов двигателя в диапазоне до 50.000 об/мин, и с точностью не хуже, чем 1 об/мин, жидкостными расходомерами для измерения экономичности двигателя, и многими другими опциями.

Следует иметь в виду, что крутящий момент и мощность двигателя в сильной мере зависят от внешних факторов. К примеру, при уменьшении атмосферного давления мощность двигателя падает, а при увеличении – возрастает. Поэтому рекомендуется все измерения и эксперименты на стенде проводить при стандартных или нормализованных атмосферных условиях.

Удельные и литровые показатели позволяют проводить сравнительную оценку двигателей различных конструкций и даже разных рабочих объемов, т.к. являются относительными, а не абсолютными. Так, литровая и удельная мощность показывает величину мощности двигателя в пересчете на 1 литр рабочего объема и на 1 кг веса.

Приемистость двигателя является для радиоуправляемых моделей очень важным показателем, определяющим скорость изменения режима работы (прежде всего - оборотов) двигателя при изменении положения дроссельной заслонки карбюратора. К сожалению, этот параметр зависит не только от конструкции конкретного двигателя и его карбюратора, но и от многих внешних факторов (температуры и влажности воздуха, атмосферного давления, величины нагрузки, состава топлива и качества воздушно-топливной смеси, и т.д.), и довольно трудно нормируется. Дальше мы коснемся некоторых конкретных приемов, позволяющих улучшить приемистость модельного двигателя.

Гарантированный ресурс двигателя обычно декларируется изготовителем от нескольких часов, до нескольких десятков часов. Типичная величина ресурса двигателя – 10-15 часов. Некоторые современные импортные двигатели имеют ресурс до 100 часов. Конечно, эти двигатели дефорсированы, и работают в облегченных режимах.

Весь период ресурсной работы двигателя можно разбить на несколько участков, в течение которых внутри двигателя происходят определенные изменения. Так, в течение первых 20-30 минут эксплуатации двигатель обкатывается, и должен при этом работать на обогащенной горючей смеси с повышенным содержанием масла. Эффективная мощность двигателя в этот период быстро растет (примерно с 60% до 95% от максимальной), т.к. в процессе обкатки уменьшаются внутренние потери на трение. Затем наступает период окончательной приработки, который обычно продолжается 1.5-2 часа. В это время двигатель уже работает на нормальном топливе и может отдавать мощность, близкую к максимальной. Прирост мощности в это время также есть, но очень незначительный (оставшиеся 5%). После этого начинается самый длительный эксплуатационный период, длящийся 5-8 часов, в течение которых двигатель гарантированно работает на всех режимах и может выдавать максимальную мощность.

В результате активной эксплуатации, внутри двигателя начинается процесс износа трущихся деталей, прежде всего – поршневой группы и сопряженных деталей КШМ. Постепенно падает компрессия, в камере сгорания и на донце поршня образуется нагар, который изменяет режим работы двигателя, а сколотые твердые частицы нагара инициирует дальнейший ускоренный износ поршня, поршневых колец и зеркала цилиндра. В результате выработки в шейках шатуна изменяется фактический ход поршня, что эквивалентно уменьшению рабочего объема двигателя, а также снижению степени сжатия. Все эти изменения, в конечном итоге, существенно снижают максимальную мощность.

Процесс постепенного износа может длиться до 10 часов (и более), в течение которых мощность двигателя постепенно падает примерно до 75% от максимальной. Износ уже не позволяет получить от двигателя максимальной мощности, ухудшается его запуск, а режимы работы становятся не стабильными. Но для обычных «хоббийных» целей мотор еще вполне пригоден.

Наряду с постепенным, естественным износом деталей накапливается «усталость» металла, прежде всего – в самых нагруженных точках конструкции. Это шейки шатуна, поршневой палец, мотыль коленвала, места резьбовых соединений. Наступает период, во время которого вероятность резкого отказа какой-либо детали двигателя становится непрогнозируемой. Наверное, это как раз то время, когда стоит поменять двигатель, или сделать ему капитальный ремонт с заменой самых изношенных и «уставших» деталей.

Разумеется, существует вероятность отказа двигателя и на более раннем периоде эксплуатации, в том числе и по причине заводского брака, но эта вероятность очень мала, т.к. большинство серийных двигателей выпускается по много лет, технологии производства постоянно усовершенствуются, а на заводах-изготовителях все материалы, детали и комплектующие проходят строгий контроль.

Следует помнить, что ресурс очень сильно зависит не только от материалов, из которых выполнены детали двигателя, и от качества изготовления, но и от режимов эксплуатации, т.к. скорость износа трущихся деталей, при прочих равных условиях, примерно пропорциональна квадрату скорости. Следовательно, ограничение максимальных оборотов двигателя на 25% позволит увеличить ресурс двигателя почти в 2 раза.

Понятно, что меньшим ресурсом обладают высокооборотные двухтактные двигатели, а большим – четырехтактные «тихоходы».

Бытует ошибочное мнение, что спортивные двигатели, тем более, изготовленные не в заводских условиях, а руками самих спортсменов, имеют существенно меньший ресурс. Это далеко не так. Ведь для своих моторов спортсмены высокого класса используют самые передовые технологии, часто еще не внедренные в промышленное производство, и применяют уникальные материалы и сплавы, свойства которых улучшаются и нивелируются годами кропотливых экспериментов. Кроме того, самодельные спортивные моторы, как правило, изготавливаются в основном для моделей тех классов, в которых при ограниченном рабочем объеме требуется получение экстремально-высоких мощностей – для таймерных, скоростных, гоночных и моделей для воздушного боя.

photo

Спортивные двигатели 1.0, 3.5, и 6.5 куб.см, изготовленные МСМК В.Дорошенко, г. Екетеринбург

И в таком жестком режиме мотор должен отработать, по крайней мере, в течение одного летного сезона (чаще – 2-3 года с незначительными реставрационно-профилактическими мероприятиями). К примеру, если учесть, что в среднем каждый спортсмен-боец, постоянно используя одновременно 2-3 мотора «налетывает» на тренировках и соревнованиях ежегодно не менее 30-50 часов (а при круглогодичных тренировках до 100-150 часов и более), становится очевидно, что даже при самых тяжелых эксплуатационных режимах ресурсы самодельных спортивных моторов намного превышают ресурсы массовых промышленных моторов. Именно поэтому нередки случаи, когда самодельный спортивный мотор, после завершения своей «профессиональной карьеры» еще несколько лет активно эксплуатируется начинающими спортсменами, или используется в «хоббийных» целях.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).


Достучаться до справедливости в ворота дворцов можно лишь прикладами винтовок

Офлайн

#3 Окт. 26, 2012 12:43:00

CAMELION
Юрий
Из: Планета земля
Зарегистрирован: 2011-10-12
Сообщения: 5783
Репутация: +  12  -
Профиль  
Отправить e-mail  

Статьи для тех кто только в начале самого интересного

Конструктивные особенности двухтактных двигателей

Картеры модельных двигателей изготавливаются литьем в металлические или графитовые кокили. Наиболее качественное литье получается в графитовый кокиль. В один графитовый кокиль можно отлить до нескольких десятков картеров. Металлические кокили гораздо долговечнее, и позволяют отлить до тысячи картеров без заметного ухудшения качества отливок. Для литья применяют алюминиевые сплавы типа АЛ4, АЛ5, АК6 и аналогичные.

photo


После отливки, для снятия внутренних напряжений в металле, заготовку картера термообрабатывают, часто – искусственно старят, и только затем приступают к механической обработке внутренних полостей и посадочных мест. После предварительной расточки картер обычно пескоструят, иногда – анодируют, и только после этого производят финишную расточку линии вала и линии цилиндра. Обработка на пескоструйной установке позволяет примерно на 20-30% увеличить площадь внешней поверхности картера, что положительно сказывается на теплоотдаче, кроме того, пескоструйка позволяет скрыть мелкие дефекты литья и механической обработки и значительно улучшает внешний вид изделия.

Иногда спортивные двигатели изготавливаются с цельнофрезерованным картером.

photo
Мой последний фрезерованный картер для двигателя F2C, который так и не полетел…

Конструктивно картеры различных двигателей могут отличаться довольно сильно. Как правило, все картеры имеет съемную заднюю крышку, примерно у половины выпускаемых в мире двигателей картеры имеют съемный носок, в котором располагается коленчатый вал. Съемный передний носок может быть изготовлен из того же материала, что и картер, но часто такие носки изготавливают из стали.

photo
photo


Кроме того, верхняя часть картера, в которой находится гильза цилиндра, у некоторых двигателей также бывает отъемная. Материал для изготовления верхней части и задней крышки обычно применяют такой же, как и для отливки самого картера, но некоторые модели двигателей имеют пластмассовую заднюю крышку.

Независимо от того, съемный носок у двигателя или нет, в нем могут быть установлены как подшипники качения, так и подшипники скольжения (бронзовые втулки), в которых вращается коленчатый вал. Втулки применяются в основном на тихоходных двигателях малых кубатур, а также на дешевых массовых двигателях, выпускаемых многими фирмами. Спортивные высокофорсированные двигатели обязательно имеют подшипники качения, чаще – шариковые, иногда – игольчатые или роликовые.

Следующее принципиальное отличие картеров заключается в расположении выпускного и впускного каналов и золотникового механизма. Выпускной канал может быть направлен назад, вбок или вперед. Кроме того, различают переднее и заднее расположение впускного канала с золотниковым механизмом.

photo
photo


В случае переднего расположения впускного канала, роль золотника выполняет полый коленчатый вал двигателя, имеющий специальное окно определенных размеров и формы, через которое и происходит всасывание воздушно-топливной смеси в фазе впуска.

При заднем расположении впускного канала также различают несколько типов золотникового механизма. Это может быть дисковый или цилиндрический золотник, который вращается удлиненным мотылем коленвала или, как иногда делают в простых двигателях небольшого объема, лепестковый клапан.

Плоский дисковый золотник имеет простую конструкцию, надежен, но не всегда может обеспечить требуемую газодинамику, т.к. при такой конструкции впускной канал получается не оптимальной формы и сечения. Лучшие результаты получаются с полым цилиндрическим золотником, который позволяет выполнить впускной канал максимального сечения и оптимальной формы, которая обеспечивает хорошее наполнение картерного объема горючей смесью.

И переднее и заднее расположение впускного канала имеет как достоинства, так и недостатки. Явного преимущества ни тот, ни другой вариант не имеют, и считаются примерно равнозначными.

Иногда на судо- и автомодельных двигателях применяют заднюю крышку со встроенным механическим стартером – «дергалкой».

photo


Коленчатый вал является одной из самых нагруженных деталей двигателя, и поэтому изготавливается из высоколегированных сталей и обязательно термообрабатывается. Часто для улучшения прочностных качеств поверхностный слой коленвала азотируется, науглероживается и даже обрабатывается токами высокой частоты. Типичные марки стали, применяемыми для изготовления коленвалов - 12ХН3А, 18ХНВА, и подобные.

photo
photo


Обычно коленвал изготавливается «как одно целое» из массивной заготовки, но в массовых двигателях крупносерийного производства встречаются и «сборные» коленвалы, у которых щека напрессована на вал «на горячую посадку». Точно также, встречаются и запрессованные мотыли. В том случае, если коленвал предназначен для двигателя с передним впускным каналом, он делается увеличенного диаметра, засверливается со стороны щеки и в нем профрезеровывается отверстие, которое в дальнейшем будет исполнять роль золотникового клапана.

Для динамической балансировки поршневой группы щека коленвала в определенных местах профрезеровывается (облегчается), или же, наоборот, в нее запрессовываются цилиндрические вставыши, изготовленные из тяжелых металлов (вольфрам, молибден).

После предварительной механической обработки коленвала с припуском ~ 0.15 мм заготовка термообрабатывается, и только затем шлифуется «в размер» на круглошлифовальном станке. Особо точно при шлифовке обрабатываются посадочные места под коренной и носовой подшипники, а также цилиндрическая поверхность мотыля, на которую будет одеваться нижняя шейка шатуна.

Опорой коленвала служат подшипники качения или антифрикционные бронзовые втулки, устанавливаемые в носовой части картера. Втулками оснащают недорогие низкооборотные двигатели малых и средних кубатур. Коленвалы мощных серийных и высокооборотных спортивных двигателей “укладывают” в шариковые, реже - в роликовые или игольчатые, подшипники качения.

Подшипники коленвала должны быть рассчитаны на работу на высоких оборотах и при больших радиальных и осевых нагрузках. В модельных двигателях применяют шарикоподшипники легких и сверхлегких серий высоких классов точности. Но часто даже такие стандартные подшипники не могут удовлетворительно работать в жестких условиях высоких нагрузок, повышенной температуры и недостаточного количества смазки. Пример: стандартное топливо для калильных двигателей состоит из 80 % метанола и 20% касторового масла. И если в обычных, не очень нагруженных двигателях пилотажных и хоббийных моделей этого количества масла хватает для нормальной работы стандартных подшипников, то для высокофорсированного двигателя гоночной или скоростной модели, часто “раскрученного” до 35.000-45.000 об/мин, этого количества масла уже явно маловато.В таких моторах приходится использовать специальные подшипники, или делать самодельные насыпные, которые можно изготовить из стандартных. Из стандартного подшипника удаляется сепаратор, протачивается на конус внешняя или внутренняя обойма, и вместо обычных 8 шариков “насыпается” без сепаратора 14 шариков, откалиброванных с точностью не хуже 1(!) микрона. Такой переделанный подшипник выдерживает гораздо большие радиальные и осевые нагрузки, и не перегревается даже при очень низком процентном содержании масла в топливе.

Еще в середине 80-х годов мне приходилось изготавливать и использовать подобные подшипники для двигателей кордовых гоночных моделей, при этом в топливе было всего лишь 8-10% масла! Как известно, двигатели моделей класса F2C являются самыми нагруженными модельными двигателями, т.к. должны работать длительное время (порядка 7 минут в финальной гонке) на очень бедном топливе, и при этом обеспечивать высокую стабильность режима, и легкий запуск “в одно касание” на промежуточных заправках.

Опорная шайба предназначена для точной центровки винта на коленчатом вале. Опорные шайбы могут фиксироваться на коленчатом вале с помощью разрезной конусной втулки, или сегментной шпонки. Глубокие риски на торцевой поверхности этой детали предотвращают “проскальзывание” воздушного винта при заводке двигателя и в рабочем режиме. Иногда вместо этих рисок устанавливают один-два металлических штифта, входящих в отверстия на бобышке воздушного винта.

photo
photo


Шатун также очень нагруженная деталь. Именно шатун передает усилие, развиваемое расширяющимися в цилиндре продуктами сгорания топлива, на кривошип (мотыль) коленвала. При промышленном производстве шатун изготавливается из алюминиевых сплавов методом штамповки. Часто в нижнюю и верхнюю шейки шатуна впрессовываются бронзовые втулки, позволяющие снизить потери на трение и увеличить ресурс этой детали.

photo
photo
photo

Шатун с бронзовыми втулками; Шатун с разрезной шейкой; Шатун с роликовым подшипником в нижней шейке.

Шатуны спортивных двигателей изготавливаются фрезеровкой из дюралюминия (Д16Т) и чаще всего имеют плоскую форму. Обе шейки шатуна (верхняя - под поршневой палец и нижняя - под мотыль коленвала) имеют каналы для подачи масла к трущимся сопряженным поверхностям КШМ. У многоцилиндровых двигателей шатун может иметь разъемную нижнюю шейку.

Поршневой палец – полая цилиндрическая деталь (толстостенная трубка), шарнирно соединяющая шатун и поршень. Изготавливается из таких же сталей, что и коленвал, обязательно термообрабатывается. В поршне палец фиксируется от перемещений стопорными кольцами. Никаких конструктивных особенностей не имеет.

Пара поршень-цилиндр. Пожалуй, что материалы и точность изготовления этих деталей на 80% определяют многие параметры двигателя – от максимальных оборотов и мощности, до продолжительности ресурса.

photo


Цилиндр. В абсолютном большинстве, модельные двигатели имеют съемную гильзу цилиндра. Для изготовления этой детали применяют множество различных материалов: сталь и чугун (черные гильзы), латунь и бронза (цветные гильзы), и даже - алюминиевые сплавы (белые гильзы). В последнее время появились гильзы из металлокерамики. Материал, из которого изготавливается гильза цилиндра, подбирается с учетом многих параметров: износостойкости, возможности нанесения прочного гальванического покрытия, но особенно – по коэффициенту температурного расширения, который должен быть несколько больше, чем коэффициент температурного расширения поршня.

photo


Гильза поршня изготавливается на токарном станке, затем в ней фрезеруются выхлопное и продувочные окна, геометрия которых должна совпадать с геометрией соответствующих каналов в теле картера. Если гильза цветная или белая, после предварительной механической обработки она гальванически покрывается изнутри слоем хрома (черные гильзы тоже иногда хромируют). Процесс хромирования цветной, и тем более – белой гильзы, довольно сложная и трудоемкая операция, требующая соблюдения многих технологических параметров, описание которых можно найти в справочниках по электрогальванике.

Последние операции при изготовлении гильзы любого типа – внутренняя шлифовка, притирка на чугунной конусной скалке и хонингование. Шлифовка и притирка позволяют получить на зеркале гильзы небольшой конус – верхняя часть гильзы должна быть чуть уже нижней. Во-первых, это делается для уменьшения трения, а во-вторых потому, что верхняя часть гильзы при работе нагревается сильнее, и, соответственно, расширяется больше. Нормальный конус в холодном состоянии чуть-чуть «прихватывает» поршень примерно за 2-5 мм от ВМТ (этот размер зависит от кубатуры двигателя, точнее – от хода поршня). Обычно величина конусности равна ~ 0,01-0.015 мм на 10 мм.

Хонингование – операция, при которой на отшлифованное или притертое зеркало цилиндра наносятся тонкие спиральные царапинки – частая мелкая сеточка, которая задерживает на рабочей поверхности гильзы масло, что уменьшает трение, не снижая при этом компрессии.

Поршень модельного двигателя в промышленном производстве изготавливается литьем или штамповкой (ковкой). Материал для поршня выбирается в соответствии с материалом гильзы цилиндра. Обычно это специальные сплавы алюминия с довольно высоким содержанием кремния и других присадок.

Поршни двигателей малых и средних кубатур обычно бывают без колец. В этом случае верхняя часть юбки поршня высотой 2-3 мм имеет заужение специальной геометрии, которое позволяет сохранить нормальное сопряжение с гильзой цилиндра при нагреве в процессе работы.

photo
photo


Поршни двухтактных двигателей объемом более 7-10 куб.см и четырехтактных двигателей часто «окольцовывают» – устанавливают на них 1-2 разрезных компрессионных кольца. Применение колец позволяет несколько снизить требования к точности изготовления пары и к конструкционным материалам для цилиндра и поршня, без заметного ухудшения характеристик двигателя. Кольца бывают плоские и L - образные, изготавливаются они из специальных марок стали или чугуна, и часто хромируются.

Головка цилиндра обычно изготавливается из того же материала, что и картер двигателя. Очень не плохо «работают» головки, выполненные из дюралюминия Д16Т. Конструктивно головки моторов для разных типов моделей отличаются очень сильно. Так, головки, устанавливаемые на двигатель для авиамоделей, могут иметь так кольцевое оребрение на боковой, цилиндрической образующей этой детали, так и плоско-параллельные ребра, расположенные на верхней части головки. Головки цилиндров двигателей для вертолетов и автомоделей обычно имеют увеличенные размеры ребер, что диктуется условиями высокой температурной напряженности режимов работы этих моторов – в отличие от авиамоделей, на автомоделях и вертолетах двигатель не обдувается прямым воздушным потоком от воздушного винта, следовательно, и условия охлаждения там гораздо хуже. Как уже отмечалось, судомодельные двигатели часто охлаждаются проточной забортной водой, поступающей в охлаждающую рубашку под напором набегающего потока. Естественно, у этих двигатели нет ребер охлаждения, но головки цилиндров внутри имеют специальные водяные каналы.

photo
photo
photo


В центральной, нижней части головки, примыкающей к цилиндру, выполняется камера сгорания – полость специальной формы, в которой происходит воспламенение и основное сгорание горючей смеси. Форма камеры сгорания может быть самая различная: конусная, сферическая, «шляпообразная», образованная сегментами двух сфер – большого и маленького радиуса и т.д. Иногда камера сгорания имеет еще одну, дополнительную полость, называемую форкамерой. Форкамеры применяют для факельного воспламенения основного объема сжатой горючей смеси: сначала воспламеняется смесь внутри форкамеры, а затем, расширяясь, этот горящий объем выкидывается в полость основной камеры сгорания, и поджигает одновременно практически весь объем находящейся там горючей смеси. Это позволяет существенно увеличить эффективное давление, а следовательно, и мощность двигателя.

У компрессионных двигателей в головке цилиндра располагается контрпоршень – дополнительный малоподвижный поршень, с помощью которого изменяется степень сжатия (обычно говорят - компрессия) двигателя. Изменение степени сжатия производится вращением регулировочного винта. Закручивание винта проталкивает контрпоршень вниз и увеличивает компрессию, выкручивание винта позволяет контрпоршню подняться вверх, что уменьшает компрессию.

Головка цилиндра четырехтактного двигателя обычно совмещена с клапанной коробкой, в которой устанавливают сами клапана, пружины, толкатели (рокера) и приемную часть толкающей штанги.

photo
photo


У калильных и искровых двигателей в самой высокой точке камеры сгорания располагается спираль калильной свечи, или электроды искровой свечи.

Стандартная калильная свеча и искровая свеча для бензинового двигателя.

photo


Спираль калильной свечи изготавливается из специальных теплоемких сплавов содержащих платину, иридий и родий, которые являются сильными катализаторами. Таким образом, спираль выполняет две функции – нагретая до высокой температуры (600-800° С) она первоначально воспламеняет горючую смесь, и катализирует (способствует) дальнейший процесс ее горения. Тепловой баланс свечи поддерживается за счет теплоты, выделяемой при горении топлива. Калильные свечи (так же, как и искровые) подразделяются на холодные и горячие. Попросту говоря, средняя температура холодной свечи ниже средней температуры горячей. Холодные свечи применяют на форсированных высокооборотных двигателях, работающих, в основном, на максимальных оборотах. Горячие свечи могут работать в широком диапазоне оборотов и при меньших тепловых нагрузках, поэтому именно их обычно применяют на двигателях с радиокарбюраторами. Иногда такие свечи для улучшения теплового режима спирали имеют специальную экранирующую перегородку (дефлектор), частично прикрывающую спираль. На некоторых типах калильных двигателей устанавливается сразу две свечи, что позволяет мотору стабильнее работать на переходных режимах.

photo
photo

photo
photo

Эскизы отечественных калильных свечей КС-2 и КС-10

Разумеется, по тепловому режиму свечи делятся на несколько типов, а не только на «холодные» и «горячие». Конкретное калильное число, обозначающее тип теплового режима свечи указывается в ее наименовании. К сожалению, единого стандарта обозначения свечей нет, и каждый производитель присваивает своей продукции наименования и цифровые обозначения, что называется, «на свой вкус». Конструктивно спираль может быть встроена непосредственно в камеру сгорания головки цилиндра (головка-свеча, впервые примененная на двигателях фирмы Cox или просто вкручиваться в резьбовое отверстие в теле головки цилиндра. Резьба на свечах практически всех производителей имеет размер 1/4“*32 – диаметр четверть дюйма, шаг - 32 нитки на дюйм. Последние годы очень широко используется новый стандарт, предложенный американским производителем Nelson. Нельсоновские свечи имеют нижний конусный торец, обеспечивающий герметичное соединение без применения уплотнительных колец и резьбу 11/32”*32

Большинство калильных свечей рассчитаны на разогрев от источника тока напряжением 1,5-2 вольта, и потребляют ток порядка 3 ампер. Ресурс свечи во многом зависит от режима работы двигателя. На низкооборотных моторах, работающих в спокойных режимах, одна свеча может работать очень долго, если, конечно, ее не перекаливать при заводке мотора. На форсированных высокооборотных спортивных двигателях, имеющих очень тяжелые температурные режимы и высокую степень сжатия, свеча может выйти из строя (высыпаться) от небольшого повышения температуры окружающего воздуха, от изменения влажности воздуха, от изменения состава топлива или малейшего «пережатия» головки, и от множества других причин.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).




Достучаться до справедливости в ворота дворцов можно лишь прикладами винтовок

Отредактировано CAMELION (Окт. 26, 2012 12:44:30)

Офлайн

#4 Окт. 26, 2012 13:03:42

CAMELION
Юрий
Из: Планета земля
Зарегистрирован: 2011-10-12
Сообщения: 5783
Репутация: +  12  -
Профиль  
Отправить e-mail  

Статьи для тех кто только в начале самого интересного

Глушители шума

Глушители на микродвигателях применяют довольно давно - первые попытки снизить уровень шума работающего мотора предпринимались еще в середине прошлого века. В настоящее время большинство спортивных классов моделей должны быть оснащены эффективными глушителями, уменьшающими шум мотора на максимальных оборотах до уровня 96 Дб. По правилам FAI, замер шума должен производиться специальными измерителями уровня шума, на настоянии 3 метра от оси модели со стороны выхлопного окна двигателя, при этом модель должна находиться на бетонной или земляной площадке (взлетной полосе)

Конструкции и формы глушителей очень разнообразны, так же, как и материалы для их изготовления. Промышленные глушители обычно изготавливаются из алюминиевых сплавов литьем под давлением, в кокиль или в выплавляемые формы. Встречаются глушители, изготовленные из тонкой листовой стали, и даже из углепластика. Расположение глушителя определяется направлением выхлопного окна двигателя. Чаще всего, глушитель располагается сзади или сбоку от двигателя. При заднем расположении глушителя, он соединяется с картером двигателя либо жестко, с помощью металлического патрубка, либо через гибкий термостойкий силиконовый переходник, позволяющий удобно расположить глушитель внутри модели. При боковом расположении выхлопного окна обычно применяется жесткое соединение глушителя и картера.

photo
photo
photo
photo
photo
photo
Различные конструкции глушителей для микродвигателей

При конструировании простых глушителей редко используется математика. Скорее - здравый смысл. Руководствуются при этом следующими предпосылками:
# обычный глушитель предназначен только для уменьшения шума, но не для увеличения мощности двигателя;
# основная шумовая компонента (акустический хлопок) возникает в момент начала фазы выхлопа (механические шумы двигателя не рассматриваем), и чем быстрее происходит “прорыв” отработанных газов из выхлопного окна в свободную атмосферу (в окружающий воздух), тем выше уровень шума.

Следовательно, если обеспечить не прерывистое “хлопающее”, а плавное истекание в атмосферу выхлопных газов, то, в идеале, можно свести уровень шума выхлопа к нулю.

Этого можно добиться несколькими путями:
# “зажать” сечение выхлопного окна, и увеличить время истекания газов, но при этом резко теряется мощность двигателя за счет ухудшения внутренних газодинамических процессов;
# обеспечить условие плавного расширения выхлопных газов после выхлопного окна - просто установить конус-раструб (мегафон) на пути выхлопных газов, и чем длиннее будет этот конус, тем лучше;
# “выплевывать” выхлопные газы в какой-либо замкнутый объем (полость), изолированный от атмосферы (но очень скоро давление внутри этой полости возрастет настолько, что будет препятствовать процессу выхлопа);
# найти компромисс между этими вариантами, т.е. обеспечить плавный процесс выхлопа в замкнутый объем (глушащий ресивер или камеру), который соединить с атмосферой маленьким отверстием, через которое и будет стравливаться избыточное давление.

Очевидно, что чем больше будет объем глушащей камеры, тем меньшее влияние он будет оказывать на процесс выхлопа, и тем меньше будут потери мощности двигателя. Следует учесть так же, что для нормальной работы двигателя с подобным глушителем, сечение выходного отверстия глушителя должно обеспечить полное стравливание выхлопных газов из ресивера в атмосферу за время одного оборота коленчатого вала.

Опыт показывает, что минимальный объем глушителя, который позволит эффективно снизить уровень шума без существенного уменьшения мощности мотора должен быть, по крайней мере, в 20 раз больше рабочего объема двигателя (для 10 кубового двигателя это примерно 200 куб.см), при этом сечение выходного отверстия в глушителе должно быть примерно в 3-5 раз меньше сечения выхлопного окна в цилиндре. Конечно, это усредненные цифры, которые могу сильно варьироваться.

Очень хорошо “работает” выходное отверстие, которое само состоит из нескольких дырочек еще меньшего диаметра. Именно так и строятся многокамерные глушители: объем первой глушащей камеры соединяется с объемом второй камеры не одинственным отверстием, а несколькими мелкими отверстиями, которые, в принципе, можно заменить мелкоячеистой сеткой или длинной трубкой с глухим торцом, но с множеством мелких отверстий в цилиндрической стенке.

Очень часто глушитель используется еще и для создания избыточного давления в топливном баке, что позволяет улучшить стабильность работы двигателя на всех режимах. Для этого герметично закрытый топливный бак соединяют трубкой с глушителем.

К давлению наддува мы еще вернемся при рассмотрении систем питания двигателей.

Следует особо подчеркнуть, что применение любого глушителя уменьшает мощность двигателя. Это не относится лишь к специальным выхлопным устройствам, не совсем верно называемым резонансными глушителями, и которые позволяют модифицировать, изменить характер кривой внешней характеристики двигателя, приблизив ее к идеализированной кривой индикаторной мощности. Но такие устройства, по своей сути не являются глушителями, т.к. не выполняют основную их функцию - снижение шума работающего мотора, а зачастую даже увеличивают его.

Резонансные глушители применяются исключительно на спортивных моторах, предназначенных для установки на гоночные, скоростные или рекордные модели, и расчитаны они для достижения максимальных мощностей и оборотов двигателя, чаще всего в ущерб стабильной работы на переходных режимах.

Применяют две основные разновидности резонансных глушителей: полуволновые резонансные трубы, и четвертьволновые резонансные муффлеры (маффлеры), от английского muffler - глушитель, сурдинка.

photo
Двигатель с полуволновым резонансным глушителем (дудкой)

photo
Двигатель с четвертьволновым муффлером

Основной принцип работы резонансных глушителей заключается в том, что внутри них возникают сложные акустические колебания, которые при определенных оборотах коленвала приобретают характер стоячих волн, увеличивающих давление в плоскости выхлопного окна и внутри объема цилиндра непосредственно перед окончанием фазы выхлопа (перед закрытием окна поршнем). Это, во-первых, препятствует вытеканию из цилиндра свежей порции горючей смеси, а во-вторых, приводит к ее “утрамбовке”, что эквивалентно увеличению наполнения цилиндра горючей смесью, а следовательно, и эффективной мощности двигателя.

Резонансные трубы или дудки имеют вытянутую веретенообразную форму, но условно состоят их пяти частей цилиндрической или конусной формы, плавно переходящих одна в другую. Изготавливаются дудки из тонкостенных алюминиевых труб чаще всего раскаткой на фасонных оправках.

Резонансная труба (нажмите для отображения)
Ориентировочные соотношения основных размеров для расчета резонансной трубы: L3 = 0-0,4L2, L4 = 0,15-0,3L7, d3 = 0,3d1, d2/d1= 1,6-3,0 Общая длина трубы от кромки выхлопного окна до середины обратного конуса Lд ~ 34f/n, где f - продолжительность фазы выхлопа, в градусах, n - заданное число оборотов двигателя, в об/мин.

Красной линией показан профиль сечения реальной дудки.

Первая, цилиндрическая часть, непосредственно присоединяемая к выхлопному патрубку двигателя (выпускная труба) служит для точной настройки резонансных характеристик выпускной системы в целом.

Вторая часть, прямой конус, диффузор (иногда эту часть называют - мегафон), обеспечивает условие плавного расширения выхлопных газов, что необходимо для уменьшения турбулентных потерь, формирования плоского фронта расширяющихся газов, и некоторого снижения шума.

Третья часть, центральный цилиндр, служит не только для дальнейшего расширения выхлопных газов, но так же, как и выпускная труба, участвует в “настройке” дудки в резонанс.

Четвертая часть, обратный конус, или конфузор, служит отражательной стенкой для волны выхлопных газов.

Пятая, цилиндрическая часть (выходная труба) глушителя соединяет полость глушителя с атмосферой.

Работает резонансная труба следующим образом. В момент начала фазы выхлопа из цилиндра, через выхлопное окно и выпускную трубу в полость глушителя устремляется поток отработанных газов. В диффузоре этот поток расширяется, теряет скорость и начинает интенсивно остывать, что приводит к еще большей потери потенциальной энергии газового потока. Фронт давления, движущийся перед фронтом расширяющихся выхлопных газов, проходит центральный цилиндр глушителя, достигает стенок конфузора, отражается от них, и начинает двигаться в обратном направлении. Через определенное время этот фронт давления попадает снова в диффузор, затем в выхлопную трубу, и к моменту завершения фазы выхлопа, через еще открытое выхлопное окно, проникает обратно в цилиндр двигателя, увеличивая в нем эффективное давление.

Таким образом, фронт давления совершает колебательные движения, период которых определяется формой и геометрическими размерами резонансной трубы. Как уже было сказано, при совпадении частоты резонанса трубы и частоты вращения коленвала возникает общий резонанс системы и стоячая волна давления, длина которой, грубо говоря, в два раза больше длины резонансной трубы. Поэтому такие системы и называют полуволновыми резонансными трубами.

При этом сами выхлопные газы не прекращают своего движения в сторону выходной трубы и далее в атмосферу, а лишь изменяется их скорость и характер движения - из пульсирующего оно переходит в поступательное. Никакого возвратно-поступательного движения газовой смеси в области выхлопного окна нет, точно так же, как нет и перемещения воздуха при распространении в нем обычных звуковых колебаний.

Выхлопные резонансные трубы (как и любая другая колебательная система) имеют еще один важный параметр - добротность. Добротность дудки определяет тот диапазон оборотов двигателя, в котором эта дудка может работать, как принято говорить - включается, т.е. входит в резонанс с двигателем. Чем выше добротность дудки, тем уже диапазон оборотов двигателя, в котором дудка может запеть, но тем большую прибавку к мощности двигателя можно ожидать от этого устройства. Обычно дудка настраивается на частоту, несколько превышающую частоту вращения коленвала двигателя при работе без глушителя.

Вхождение в резонанс такой системы происходит в два этапа: сначала двигатель как бы тянет за собой дудку, постепенно увеличивая частоту общих колебаний системы двигатель - резонансный глушитель. После того, как эта частота становится близка частоте резонанса дудки, она включается в работу, и начинает “подтягивать” обороты двигателя уже к частоте своего резонанса, т.е. раскручивает его.

Добротность дудки во многом зависит от угла раскрыва обратного конуса: чем больше этот угол, тем большую добротность будет иметь выхлопная система. Если обратный конус (конфузор) заменить простой стенкой (блендой), то такая труба будет иметь максимальную добротность, т.е. сможет работать только на каких-то одних, строго определенных, оборотах коленвала двигателя, но будет выпадать из резонанса при малейших изменениях условий работы - нагрузки, температуры воздуха, состава горючей смеси, и т.д. и т.п.

Сразу скажу: невозможно создать такой глушитель, который бы увеличивал мощность двигателя во всем диапазоне оборотов коленвала. Законы природы и физики не позволяют сделать этого. Можно лишь изменить характер зависимости мощности мотора от оборотов коленвала. Следовательно, чем большую пиковую мощность развивает мотор на максимальных оборотах благодаря применению резонансного глушителя, тем меньшую мощность он будет способен отдать во всех других режимах работы.

Пиковые дудки, предназначенные для экстремальных режимов работы двигателей, имеют высокую добротность, в силу чего очень капризны в настройке и в работе.

Расчет, изготовление и настройка такого устройства дело весьма кропотливое, и не поддающееся простому математическому описанию. На сегодня не существует законченной теории работы резонансных глушителей, позволяющей выполнять прикладное моделирование резонансных выхлопных труб по заданным параметрам. Все формулы, размеры, параметры и оценки таких устройств, встречающиеся в литературе, являются эмпирическими, т.е. полученными путем длительных экспериментов. Учитывая, что в работе участвует не только сама резонансная труба, но и двигатель, приходится принимать во внимание очень многие факторы - от размеров и материала самой трубы и каждой отдельной ее части, до степени сжатия двигателя и длительности фаз всех процессов, происходящих внутри него. Кроме того на характер работы резонансной трубы оказывают большое влияние и внешние условия, прежде всего - атмосферное давление, температура и влажность воздуха.

В интернете есть несколько сайтов с описанием методик расчета и настройки резонансных труб. Одно из лучших автоматизированных решений расчета резонансных труб можно увидеть на сайте Мартина Хепперле (Martin Hepperle), посвященном гоночным радиоуправляемым моделям класса F3D. (746)

Разумеется, эта программа предназначена прежде всего для демонстрации общих зависимостей резонансных свойств дудки от параметров двигателя и его рабочих оборотов, и не может претендовать на роль точного математического инструмента.

Муффлер существенно отличается от дудки не только размерами, но и характером протекающих внутри него процессов. Выпускная труба муффлера гораздо длиннее, чем у дудки, она проходит внутри всего глушителя, и оканчивается на небольшом расстоянии от обратного конуса, но не касается его. Над выпускной трубой, и аксиально (соосно) ей, расположен такой же длинный центральный цилиндр, сзади переходящий в конфузор, а вместо прямого конуса (диффузора) у муффлера простая стенка. Конфузор муффлера, как и дудки, заканчивается выходной трубой малого диаметра.

Муффлер (нажмите для отображения)
Размеры хорошо зарекомендовавшего себя в работе муффлера для двигателя 3,5 куб.см для гоночной модели F3D/2 (“маленькая” гонка): L1=16 мм, L2=9 мм, L3=14 мм, L4=21,5 мм, L5=29 мм, d1=14 мм, d2=3 мм , d3=8,5 мм. Материал - алюминиевые трубы с толщиной стенок 0,8-1 мм.

Особенность работы муффлера состоит в том, что стоячая волна внутри него как бы сложена в четыре раза: первое отражение фронта давления происходит от конфузора, по центральному цилиндру фронт движется уже в обратном направлении к передней стенке, затем, отразившись от нее снова возвращается к конфузору, и только после третьего отражения вновь попадает в выпускную трубу, по которой и попадает в цилиндр перед окончанием фазы выхлопа.

Муффлеры имеют несколько меньшую добротность, чем дудки, в силу чего не могут обеспечить пиковых приростов мощности, но при этом они гораздо проще в настройке и менее критичны в работе.

В последние годы моделистами стали широко использоваться многокамерные глушители, которые, с большой натяжкой, называют резонансными. Все камеры (обычно - две или три) этих глушителей расположены в одном корпусе, и внешне составляют единое целое. Первая камера глушителя по форме и конфигурации обычно напоминает муффлер или дудку, но имеет меньшую добротность и более низкую частоту настройки, что не позволяет получить максимального прироста мощности, но несколько увеличивает мощность на оборотах, чуть выше средних. Вторая (и третья) камеры, собственно и является глушителем, снижающим шум двигателя. В целом, подобные устройства довольно эффективно снижают уровень шума мотора, без существенного уменьшения его мощности.

Такими глушителями обычно комплектуются двигатели для пилотажных моделей и вертолетов. Рассчитывать на то, что применение подобного устройства значительно увеличит мощность или улучшит другие характеристики мотора, не имеет смысла.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).



Достучаться до справедливости в ворота дворцов можно лишь прикладами винтовок

Отредактировано CAMELION (Окт. 26, 2012 13:04:48)

Офлайн

#5 Окт. 26, 2012 13:30:54

CAMELION
Юрий
Из: Планета земля
Зарегистрирован: 2011-10-12
Сообщения: 5783
Репутация: +  12  -
Профиль  
Отправить e-mail  

Статьи для тех кто только в начале самого интересного

Системы питания модельных двигателей

Система питания двигателя включает в себя: топливный бак, топливопровод, топливный фильтр, топливную помпу и карбюратор. Кроме этих элементов, к системе питания можно отнести также и воздушный фильтр, применение которого в последние голы стало обычным не только на автомоделях, но и на большеразмерных авиамоделях, оснащаемых дорогостоящими двух- и четырехтактными двигателями с увеличенным рабочим объемом.

Топливный бак, в зависимости от типа модели, может иметь различную форму и конструкцию, и изготавливаться как из металла, так и из различных пластических масс. В простейшем случае топливный бак - это сосуд необходимого объема (обычно от 50 до 500 куб. см), в который входят несколько трубок: заправочная, дренажная и трубка подачи топлива к двигателю.

photo
Пластмассовый топливный бак

В том случае, если питание двигателя осуществляется под избыточным давлением, которое может отбираться из картера двигателя или из глушителя, в бак вводится еще одна трубка.

Заправочная и дренажная трубки должны исключать вытекание топлива из бака при любом положении модели в пространстве, а трубка подачи должна обеспечивать бесперебойную подачу топлива к двигателю до полного его использования.

На авиамоделях трубку подачи внутри бака часто заменяют на гибкий шланг с небольшим грузиком на свободном конце, такая конструкция гарантирует свободное перемещение заборной части шланга под собственным весом при любых эволюциях модели. Все трубки бензобака должны иметь достаточное сечение. Практически во всех случаях и для любых двигателей бывает достаточно применять трубки с внутренним диаметром 2,0-2,5 мм.

photo
Рисунок топливного бака с заборной “болтушкой”

Часто применяются и эластичные баки, типа соска, топливо в которые при заправке нагнетается специальным заправочным шприцем. Для размещения такого бака в корпусе или фюзеляже модели устанавливается специальный контейнер, предотвращающий эластичный бак от случайного повреждения. Интересна конструкция тонкого эластичного бака, помещенного в герметичный металлический или пластмассовый контейнер, к которому подводится избыточное давление от глушителя двигателя. Эта конструкция, обладая достоинствами баков “под давлением”, исключает загрязнение топлива выхлопными газами и твердыми частицами отработавшего топлива. Кроме того, применение эластичных баков практически полностью исключает вспенивание топлива от вибраций двигателя и модели, и обеспечивает бесперебойную подачу топлива к двигателю при любых эволюциях модели.

Бак на модели должен быть расположен таким образом, чтобы уровень топлива при полной заправке находился на уровне топливного жиклера карбюратора, или был несколько выше его. Кроме того, рекомендуется располагать бак на минимальном удалении от двигателя, на авиамоделях - обычно сразу за первым силовым шпангоутом.

photo
Топливный бак внутри фюзеляжа

Топливопровод соединяет топливный бак со штуцером карбюратора двигателя, и в абсолютном большинстве случаев бывает эластичным. В качестве топливопровода следует использовать толстостенную трубку из маслобензостойкого материала, лучше всего - резиновую или силиконовую. Внутренний диаметр такой трубки должен быть не менее 1,5- 2 мм, при толщине стенок не менее 2 мм.

photo
Толстостенный топливопровод

Толстостенные трубки позволяют изгибать топливопровод с очень небольшим радиусом, без пережимания внутреннего канала. В случае применения топливопровода длиной более 50-70 мм следует предусмотреть его промежуточную фиксацию для исключения сильных вибраций, следствием которых может быть вспенивание топлива и перебои в работе двигателя.

Топливный фильтр располагается в разрыве топливопровода и служит для дополнительной очистки топлива, подаваемого в двигатель. Несмотря на то, что в процессе приготовления топливо обязательно фильтруется, применение дополнительного фильтра никогда не бывает лишним.

photo
photo
photo
Различные конструкции топливных фильтров

photo
Самодельные топливные фильтры

Конструкция фильтра довольно проста. Чаще всего это очень тонкая сетка, установленная на пути топлива в полом цилиндрическом корпусе, имеющем входной и выходной штуцеры. Встречаются, также, мелкопористые керамические фильтры.

Топливная помпа применяется в тех случаях, когда по какой-либо причине топливный бак приходится устанавливать на значительном расстоянии от двигателя. Чаще всего это бывает на больших авиамоделях с баками увеличенного объема. В этом случае, для исключения значительного изменения центровки модели при выработке топлива, бак устанавливают в районе центра тяжести модели, что однозначно требует применения помпы. Также, как и топливный фильтр, помпа устанавливается в разрезе топливопровода между топливным баком и двигателем.

Некоторые серийные двигатели больших кубатур (более 10 куб.см) имеют встроенную помпу. Выпускаются, также, помпы для модельных двигателей в виде отдельного устройства.

photo
photo
photo
Разные варианты топливных помп

Конструктивно помпа представляет собой нагнетающий насос, который приводится в действие от коленвала (шестеренчатый насос), от пульсирующего в картере давления (двухкамерный мембранный насос), от вибраций двигателя (инерционный мембранный насос), или от дополнительного электрического моторчика (шестеренчатый или центробежный насос). Очевидно, что помпа с приводом от коленвала устанавливается непосредственно на двигателе, двухкамерная мембранная помпа должна быть соединена дополнительной трубкой (или каналом) с картером двигателя (аналогично отбору давления в бензобак). Вибрационная помпа может нормально работать как на двигателе, так и на любом вибрирующем элементе конструкции модели, а помпа с электроприводом может быть установлена в любом удобном месте, но требует дополнительного источника тока.

Детально описать конкретные конструкции топливных помп я, к сожалению, не могу, так как не имею опыта их эксплуатации. Если кто-то поможет мне сделать это, я обязательно внесу соответствующие дополнения.

Воздушный фильтр предохраняет двигатель от попадания пыли, песчинок, а порой - и грязи, при эксплуатации модели не только на земле, но и в воздухе. Судомодельные двигатели оснащаются воздушными фильтрами довольно редко.

Конструкция воздушного фильтра модельного двигателя напоминает автомобильные воздушные фильтры цилиндрической формы, но с одним отличием: обычно они не имеют защитного корпуса. Воздушный фильтр для микродвигателей состоит из свернутой в цилиндр фильтрующей “гармошки” из специального синтетического материала или фильтровальной бумаги. Один торец этого цилиндра закрыт крышкой, а на втором торце сделан специальный переходник для соединения с футоркой карбюратора. Сверху на фильтрующую “гармошку” может быть одета еще и поролоновая рубашка.

photo
photo
Воздушные фильтры разной конструкции

Фильтрующая поверхность устройства открыта, поэтому необходимо исключать возможность ее повреждения, а также попадания на нее топлива, масла, да и просто воды. Фильтр может эксплуатироваться довольно долго, нужно просто время от времени продувать его обратной подачей воздуха, для очищения от накопившейся пыли и твердых частиц.

photo
photo
Автомодельные двигатели с открытым воздушным фильтром и с фильтром в защитном пластиковом корпусе

Применение воздушных фильтров на автомоделях позволяет существенно увеличить ресурс двигателя. Для авиамоделей, двигатель которых большую часть времени работает далеко от земли, применение фильтров не дает таких результатов, но все же не бывает лишним. Применение воздушных фильтров на судомоделях считается не актуальным.
се права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).


Достучаться до справедливости в ворота дворцов можно лишь прикладами винтовок

Отредактировано CAMELION (Окт. 26, 2012 13:32:51)

Офлайн

#6 Окт. 26, 2012 13:38:54

CAMELION
Юрий
Из: Планета земля
Зарегистрирован: 2011-10-12
Сообщения: 5783
Репутация: +  12  -
Профиль  
Отправить e-mail  

Статьи для тех кто только в начале самого интересного

Карбюратор

Карбюратор служит для приготовления оптимальной по составу смеси топлива и воздуха. Разные виды топлива требуют для сгорания разного количества воздуха. При нормальных атмосферных условиях, для полного сгорания 1 грамма чистого автомобильного бензина требуется около 15 граммов воздуха, для сгорания 1 грамма этанола (этилового спирта) - 9 граммов воздуха, а для сгорания 1 грамма метанола (метилового спирта) - всего 6,5 грамма воздуха (добавление в топливо различных присадок изменяет потребное количество воздуха).

Указанные соотношения топливо/воздух принято считать оптимальными для каждого вида топлива, и обозначать буквой “a”. Следует помнить, что коэффициент “a” - величина безразмерная и относительная. Для бензина a=1,0 при соотношении бензин/воздух = 1/15, а для метанола - a=1,0 при соотношении метанол/воздух = 1/6,5.

При оптимальном соотношениях топливо/воздух a = 1,0 горючая смесь считается нормальной. При небольшом избытке топлива (a = 1,1-1,15) смесь считается обогащенной, при значительном избытке топлива (a > 1, 25) смесь становится богатой. Аналогично, при небольшом избытке воздуха (a =0 ,9-0,85) смесь считается обедненной, а при значительном избытке воздуха (a <0 ,85) смесь становится бедной. Обогащенная смесь позволяет получить максимальную мощность, а обедненная обеспечивает экономичную работу двигателя. В том случае, если для конкретного типа топлива соотношение топливо/воздух в смеси выходит за пределы 0,85 > a >1,25 - смесь становится негорючей, и не воспламеняется в цилиндре двигателя.

Задача карбюратора состоит в том, чтобы обеспечить поступление в двигатель горючей смеси требуемого состава (соотношения топливо/воздух) на всех режимах работы.

Простейший карбюратор (карбюратор пульверизационного типа) представляет обычный распылитель, соединенный с топливным баком и помещенный в воздушный канал карбюратора (смесительную камеру, или диффузор), напоминающий трубку Вентури . При прохождении по диффузору воздушного потока, там образуется разрежение. Топливо, находящееся в распылителе, захватывается потоком воздуха, дробится на мелкие капельки, смешивается с проходящим по диффузору воздухом и образует горючую смесь.

Принцип работы простейшего карбюратора (нажмите для отображения)

Качество горючей смеси, т.е. соотношение топливо/воздух, можно изменять положением регулировочной иглы, находящейся в жиклере карбюратора. При закручивании иглы, ее конусная часть уменьшает проходное сечение жиклера (до полного перекрытия топливного потока) и обедняет смесь. Выкручивание иглы увеличивает проходное сечение жиклера (кольцевую щель между иглой и стенкой отверстия жиклера) и обогащает смесь. Для нормальной работы такого карбюратора необходимо, чтобы уровень топлива в баке был на высоте выходного отверстия распылителя, или подавался туда под небольшим давлением.

Регулировка качества смеси с помощью иглы (жиклера переменного сечения) (нажмите для отображения)

К сожалению, такой простейший карбюратор может обеспечить оптимальный состав горючей смеси только для определенного, установившегося режима работы двигателя, но не позволяет осуществить плавную регулировку его оборотов в широком диапазоне.

Устройства, позволяющие регулировать обороты микродвигателя в некотором диапазоне оборотов, первоначально устанавливались на выхлопном окне. Это были обычные поворотные или шиберные заслонки, препятствующие выходу отработавших газов. Затем появились первые радиокарбюраторы - обычные пульверизационные карбюраторы, внутри которых также располагался поворотный или шиберный золотник - дроссельная заслонка, регулирующая подачу воздуха в двигатель.

Были попытки оснащения двигателей сразу двумя заслонками - на выхлопном окне и во всасывающем патрубке. Но с помощью всех этих устройств, к сожалению, не удавалось добиться стабильной и бесперебойной работы двигателя в широком диапазоне оборотов, т.к. они не обеспечивали оптимального смесеобразования при различных положениях воздушной заслонки. В итоге, при относительной стабильности работы на средних оборотах, двигатель перезаливался на малых оборотах, и беднился на больших. Ни о каких динамичных переходах с режима на режим (приемистости на перегазовках) не могло быть и речи.

Один из первых удачных радиокарбюраторов появился в 1961 году. Это был “Jonson AutoMix”, который сохранял состав топливной смеси достаточно стабильным в некотором диапазоне режимов работы мотора. У этого карбюратора был поворотный цилиндрический золотник, который при повороте еще и перемещался вдоль своей оси. С золотником была совмещена конусная регулировочная игла, которая при осевом перемещении частично перекрывала отверстие жиклера, изменяя подачу топлива в зависимости от угла поворота заслонки (читай - от проходного сечения диффузора). Качество горючей смеси при полностью открытой заслонке регулировалось главной топливной иглой, как на простейшем карбюраторе. Тем не менее, и этот карбюратор не обеспечивал необходимую динамику работы двигателя.

Принцип работы простейшего карбюратора с шиберной заслонкой и иглой (нажмите для отображения)

Несколько позже, в 1967 году, двигатель “Webra. 61” был оснащен карбюратором “TN”, разработанный Г. Бодеманом (G. Bodemann). Конструкция этого карбюратора стала базовой для многих производителей модельных двигателей. Карбюратор “TN”, наряду с поворотным цилиндрическим воздушным золотником, совмещенным с регулировочной иглой, имел еще главную иглу и дополнительный регулировочный винт, которые позволяли регулировать режимы максимальных и минимальных оборотов двигателя отдельно, и независимо друг от друга.

До настоящего времени многие фирмы выпускают этот карбюратор в той или иной модификации: O.S. Max, Moki, Merko, MVVS, Super Tiger, OPS и даже МДС.

photo
photo
photo
Карбюраторы фирмы O.S. Max

В течение последней четверти прошлого века в мире появилось еще несколько типов радиокарбюраторов, но все они, в той или иной мере, являются развитием конструкции, предложенной Бодеманом, и отличаются незначительными и непринципиальными деталями. Главная особенность этих карбюраторов заключается в том, что пропускная способность (сечение) канала распылителя в крайних положениях дроссельной заслонки регулируется двумя разными органами - главной иглой и регулировочным винтом, называемым винтом малого газа, а промежуточные расходы топлива определяются положением подвижной иглы или трубчатого золотника с фасонным отверстием. Некоторые из этих карбюраторов имеют еще один регулировочный винт, который ограничивает положение воздушного дросселя в режиме малого газа. Кроме того, судомодельные модификации радиокарбюраторов могут иметь сразу два органа, управляемых дистанционно (с помощью двух отдельных рулевых машинок): дроссельная заслонка и главная дозирующая игла, изменением положения которой прямо в процессе гонки можно подстраивать режим работы двигателя. Применение таких карбюраторов совместно с радиоаппаратурой, имеющей возможность микширования каналов, открывает дополнительные возможности по настройке и дистанционной регулировке оборотов двигателей.

Настройка карбюратора

Общая методика настройки радиокарбюратора следующая:

Сначала настраивается режим максимального газа. Для этого прогретый двигатель, при полностью открытой дроссельной заслонке, выводится на максимальные обороты изменением положения главной топливной иглы. Обычно это соответствует выкручиванию иглы на 2-3,5 оборота (сначала необходимо полностью, до упора, закрутить иглу). После этого иглу отворачивают еще на 1/8-1/4 оборота, несколько обогащая смесь - это соответствует оптимальному режиму работы двигателя. После этого, медленно и плавно закрывая дроссель, снижают обороты двигателя до минимально устойчивых, и начинают вращать винт малого газа, добиваясь максимального повышения оборотов. Затем снова снижают обороты, прикрывая дроссельную заслонку. Добившись минимальных, но устойчивых оборотов на малом газе, полностью открывают дроссельную заслонку, переводя двигатель на максимальные обороты, и еще раз корректируют режим полного газа поворотом главной иглы в ту или иную сторону, как было описано выше, после чего опять слегка богатят смесь.

После этих настроек двигатель должен легко, без провалов, набирать обороты при открывании дросселя, и также быстро, при закрытии заслонки, сбрасывать обороты, не захлебываясь. Нормально отрегулированный двигатель, со штатным рабочим винтом, предназначенным для конкретной модели, должен набирать обороты от минимальных до максимальных за время не более 1-1,5 секунды. Если при открывании заслонки двигатель проваливается, необходимо регулировочным винтом несколько обогатить режим малого газа, и увеличить обороты на малом газе, приоткрыв заслонку. Если при открывании заслонки двигатель захлебывается, то режим малого газа нужно несколько обеднить.

Честно говоря, большинство существующих карбюраторов для калильных двигателей (если не все) страдают одним существенным недостатком: у них единственный общий топливный канал, по которому топливо подается в распылитель на всех режимах, и все регулировочные элементы, в зависимости от режима работы, изменяют только его сечение по топливу. Такое упрощенное регулирование не позволяет добиться устойчивой работы двигателя в максимально широком диапазоне оборотов. Реально, самый хороший радиокарбюратор может изменять обороты двигателя с сохранением стабильности режимов и приемлемой динамики переходов, примерно в диапазоне от 2.500 до 10.000 об/мин. Но практически любой современный модельный мотор с простейшим карбюратором можно раскрутить, как минимум, до 17.000-20.000 об/мин! Если же говорить о минимальных оборотах, то с маховиком достаточной массы большинство моторов устойчиво работает на оборотах, не выше 1.000 об/мин.

Почему же большинство двигателей радиоуправляемых моделей не могут работать во всем том диапазоне оборотов, который потенциально заложен их конструкцией?

Главная причина - несовершенство карбюратора.

Практические опыты показывают, что для обеспечения максимально возможных оборотов двигателя (и максимальной мощности), карбюратор должен иметь сечение диффузора не менее 60-65 кв.мм на каждые 10 куб.см рабочего объема. Это значит, что диаметр диффузора 10-кубового двигателя в самом узком месте должен быть не менее 9-9,5 мм. И это без учета затенения от находящегося в диффузоре распылителя. Практически, только авто- и судомодельные варианты моторов имеют близкое к оптимальному сечение диффузора, правда и оно уменьшается идущим “от стенки до стенки” распылителем, который часто сам имеет диаметр до 3 мм. Очевидно, что карбюратор с уменьшенным проходным сечением диффузора не может обеспечить поступление в двигатель достаточного объема воздушно-топливной смеси, мотор тормозится по воздуху, и просто не раскручивается!

С другой стороны, для работы двигателя на минимальных оборотах порядка 1.000 об/мин, достаточно проходного сечения диффузора не более 2-3 кв.мм. Получить такое сечение не составляет труда практически при любой конструкции дроссельной заслонки. Но при этом обычно не удается обеспечить микродозирование топлива для получения оптимальной по составу топливной смеси, из-за чего приходится искусственно завышать минимальные обороты двигателя.

Ну а работа такого карбюратора в переходных режимах вообще не выдерживает никакой критики. Если при медленном изменении положения заслонки карбюратор еще как-то справляется с задачей оптимального смесеобразования, то при резких перегазовках качество топливной смеси оставляет желать лучшего - смесь получается или бедная или переобогащенная.

В итоге, во имя относительной стабильности режимов в средненьком диапазоне, приходится заведомо дросселировать двигатель, что не позволяет получить от него как максимальной мощности, так и стабильных, устойчивых минимальных оборотов. Не говоря уже о хорошей приемистости и динамике.

Есть ли выход из этой ситуации? Думаю, что есть…

Прежде всего, необходимо определить, какие же конструктивные и технологические решения не позволяют радиокарбюратору работать так, как требуется и на минимальных и на максимальных оборотах. Прежде всего - это традиционное совмещение органов регулировки смесеобразования для всех режимов работы в едином топливном канале распылителя и искусственное дросселирование мотора. Пропускная способность карбюратора по топливу регулируется лишь главной иглой (максимальный газ) и переменным сечением канала непосредственно перед распылителем (режим средних оборотов). Тонкая регулировка состава смеси на малом газе практически отсутствует.

Кроме того, расположение выходного отверстия топливного распылителя в центре воздушного диффузора эффективно только для режима полного и среднего газа, т.е. при максимальном открытии дроссельной заслонки, и ухудшается по мере ее закрытия. Это происходит из-за того, что при закрытии заслонки (имею в виду карбюраторы с поворотным циллиндрическим дросселем) более чем на 3/4 (что соответствует режимам ниже средних и самых малых оборотов), внутри диффузора происходит перераспределение зон минимального давления. При полностью открытой заслонке максимальная скорость воздушного потока в карбюраторе, а следовательно и область минимального давления, находится в самом узком месте диффузора, именно там и располагают трубку распылителя. При любом другом положении цилиндрического золотника происходит не плавное изменение сечения диффузора, а ступенчатое. Сначала сечение скачком уменьшается наружным краем золотника, потом оно снова расширяется в полости самого золотника, и затем следует вторичное уменьшение сечения уже внутренним краем золотника. Точно также изменяется и давление: сначала оно уменьшается, потом снова растет, а затем уменьшается вторично. Очевидно, что при этом зона минимального давления в диффузоре как бы раздваивается, и отходит в разные стороны от распылителя, а это приводит к тому, что эффективность захвата топлива воздушным потоком ухудшается, и достаточное истекание топлива из распылителя может осуществляться только при избыточном давлении в топливном баке.

Если бы удалось разделить единый топливный канал на несколько, для каждого режима работы… Вспомните любой карбюратор от мотоцикла - сколько там каналов и отверстий (я уж не говорю про автомобильные карбюраторы “Solex” или “Keihin”)!

Конечно, не реально повторить конструкцию современного автомобильного или мотоциклетного карбюратора, но основные принципы их работы и определенные конструктивные решения позаимствовать можно. В первую очередь, разделение топливной системы на две - на главную топливную систему, и на систему холостого хода.

Несколько лет назад 10-кубовый двигатель O.S.Max.61 RX-HGL серии “C” был оснащен новым карбюратором, позволяющим регулировать состав смеси отдельно для минимальных, средних и максимальных оборотов. Этот карбюратор имеет довольно сложную, “не повторябельную” конструкцию. У него несколько сопряженных цилиндрических поверхностей с калиброванными отверстиями и профильными каналами переменных сечений, которые обеспечивают герметичность топливного тракта и дозирование топлива при повороте золотника. Диаметр диффузора у этого карбюратора равен 10 мм, что соответствует проходному сечению 78,5 кв.мм! При этом в диффузоре расположен только короткий распылитель длиной 5, и диаметром около 2,5 миллиметров. Карбюратор оснащен главной иглой и иглой малого газа, а кроме того, регулировочным винтом, позволяющим настроить пропускную способность топливного тракта для режима средних оборотов. Стандартный O.S.Max.61, оснащенный этим карбюратором сразу добавляет пару тысяч оборотов и почти “пол-лошади” мощности. Настройка карбюратора достаточно сложна, но двигатель с ним имеет хорошую динамику, и очень неплохо работает на всех режимах… кроме самых малых! Причина? - опять же, неоптимальное расположение распылителя при значительном закрытии дроссельной заслонки.

Само собой напрашивается решение, широко применяемое в авто- и мотокарбюраторах: добавить в радиокарбюратор для микродвигателя еще один, дополнительный распылитель, специально для режима малого газа (будем называть это системой холостого хода). При этом роль такого распылителя может играть калиброванное отверстие в стенке диффузора, если расположить его в области минимального давления, возникающей при закрывании заслонки.

Принцип работы системы холостого хода (нажмите для отображения)

В режимах большого и среднего газа количество топлива в смеси будет регулироваться как обычно, с помощью главной иглы и подвижным топливным золотником, связанным с воздушной заслонкой, а на малых оборотах, при почти полностью закрытой заслонке, начнет работать вторая дозирующая система с отдельной иглой, регулирующей подачу топлива только в режиме малого газа. Пропускная способность системы холостого хода не окажет существенного влияния на работу двигателя при максимальных открытиях дроссельной заслонки, но положительно повлияет на динамику двигателя в переходных режимах, уменьшая суммарную инерционность топливных струй.

В целом, регулировка состава смеси на разных режимах в таком карбюраторе будет осуществляться так: при минимальном открытии заслонки (примерно от 1/8 до 1/6 хода) работает только дозирующая система холостого хода. При средних открытиях (от 1/6 до 1/4 хода заслонки) количество топлива в смеси определяют система холостого хода и дозирующий золотник, связанный с дроссельной заслонкой, потом (от 1/4 до 3/4 хода заслонки) работает в основном золотник переменного сечения, связанный с дроссельной заслонкой. А при максимальном открытии дросселя (от 3/4 до полного открытия) качество смеси задается только главной иглой, а система холостого хода, из-за малых проходных сечений уже практически не оказывает влияние на режим работы мотора.

photo
photo

Мой карбюратор в сборе и “по частям”

В прошлом году я сделал и испытал карбюратор, в основу которого были заложены принципы дозирования топлива на различных режимах, описанные выше.

Отличие моей конструкции от известных мне карбюраторов состоит именно в том, что у нее имеется независимая дозирующая система холостого хода с боковым распылителем, и главная система питания с центральнорасположенным распылителем, две иглы для раздельной регулировки состава смеси на минимальных и максимальных оборотах, и цилиндрический топливный золотник переменного сечения, регулирующий качество смеси на средних оборотов, аналогичный дозирующей системе, примененной в карбюраторе двигателя O.S.Max.61 RX-HGL серии “C”. К достоинству моего карбюратора можно отнести и то, что при диаметре цилиндрического золотника 16 мм, диффузор имеет диаметр 10 мм, его сечение равно 78,5 кв.мм (чего вполне достаточно для пилотажных и вертолетных двигателей объемом от 10 до 20 куб.см), а угол поворота золотника от положения “полный газ” до “заглушить двигатель” менее 75 градусов. Кроме того, конструкция получилась очень компактной, не имеет сильно выступающих частей и деталей, и что самое главное - относительно проста в изготовлении, т.к. практически не требует выполнения особо точных и фрезерных работ - все детали и части можно выточить на обычном токарном станке с применением минимума оснастки и приспособлений.

Подача топлива под давлением несколько меняет условия смесеобразование и режимы настройки карбюратора. В обычном пульверизационном карбюраторе количество топлива, вытекающего из распылителя за единицу времени, определяется двумя факторами - пропускной способностью жиклера (его сечением, которое задается топливной иглой) и величиной разряжения в диффузоре, которое, в свою очередь зависит от оборотов двигателя. Очевидно, что при увеличении разряжения в диффузоре, точнее - при увеличении разницы давлений в топливном баке и в диффузоре, возрастает и скорость истечения топлива через распылитель. Так как при увеличении оборотов двигателя увеличивается скорость воздушного потока через карбюратор, то это приводит к уменьшению давления в смесительной камере, что вызывает соответствующее увеличение скорости истекания топлива. Происходит некоторое авторегулирование состава топливной смеси: увеличение расхода воздуха вызывает увеличение расхода топлива. Правда, этого авторегулирования далеко не достаточно для поддержания неизменного качества смеси в широком диапазоне оборотов. Тем не менее, этот фактор оказывает существенное влияние на работу карбюратора, и это влияние может быть как положительным, так и отрицательным.

Если подача топлива в карбюратор осуществляется под избыточным давлением, то зависимость объема вытекающего из распылителя топлива за единицу времени начинает зависеть от величины этого давления в большей мере, чем от величины разряжения в диффузоре. Но в случае наддува в топливный бак из глушителя, давление наддува также в некоторой степени зависит от оборотов двигателя. А вот при подаче топлива помпой, давление на входе в жиклер практически не изменяется, так как большинство топливных помп, или специальные карбюраторы, предназначенные для работы с помпой, имеют обратный клапан, поддерживающий это давление на неизменном уровне. Кстати, абсолютная величина этого давления практически не оказывает влияния на режим работы отрегулированного карбюратора, если она не изменяется в течение времени.

Системы инжекторного впрыска топлива. Обзор систем питания модельных двигателей будет неполным, если не рассказать про инжекторы - новые электронно-механические системы подачи топлива во впускной тракт двигателя (непосредственный впрыск топлива в камеру сгорания на модельных двигателях еще не применяется).

Подобные системы уже много лет применяются в “большом” автомобильном двигателестроении, где карбюраторы давно считаются если не атавизмом, то “вчерашним днем”. В основе таких устройств лежит принцип дозированного впрыскивания топлива во впускной патрубок или непосредственно в цилиндр двигателя во время фазы всасывания. При этом электронная часть устройства, управляющая впрыскивающей форсункой, автоматически регулирует количество впрыскиваемого топлива в зависимости от оборотов коленвала двигателя, угла открытия дроссельной заслонки, температуры двигателя и окружающего воздуха, и ряда других внешних и внутренних параметров. Правильно написанная программа для микроконтроллера, управляющего работой всей системы, позволяет очень точно регулировать качество горючей смеси, приготавливаемой инжектором на любых режимах работы двигателя.

Описываемые устройства довольно сложны, как с точки зрения электроники, так и с точки зрения механики - микроминиатюрная форсунка, которая дозирует топливо, представляет собой электромагнитный клапан, который должен не только работать с высокой скоростью (до 200-300 открываний в секунду), но и с большой точностью отслеживать задаваемое микроконтроллером время нахождения в открытом состоянии (это время должно выдерживаться с точностью не хуже 30-50 микросекунд). При этом форсунка выполняет роль не только дозатора, но и распылителя. Топливо на выходе форсунки распыляется на мельчайшие капли, практически превращаясь в туманную взвесь, это улучшает ее воспламенение, и приводит к полному сгоранию, увеличивая мощность мотора.

В прошлом году японская фирма O.S.Max заявила о выпуске в продажу двухтактного калильного двигателя 1.4 RX-FI с инжекторной системой подачи топлива.

photo
Модельный двигатель O.S.Max с инжекторной системой подачи топлива

К сожалению, по отзывам ряда спортсменов, эксплуатирующих этот двигатель, система не достаточно стабильно работает при разных погодных условиях. Несомненно, со временем все недостатки в алгоритме работы этого инжектора будут устранены, но учитывая очень высокую стоимость устройства, превышающую стоимость самого двигателя, не приходится рассчитывать на ее широкое распространение в ближайшее время.

На этом, пожалуй, можно закончить эту обзорно-ознакомительную статью. Вопросы текущего обслуживания и ремонта, также как и вопросы по доводке и форсированию стандартных двигателей, заслуживают отдельного рассмотрения.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).



Достучаться до справедливости в ворота дворцов можно лишь прикладами винтовок

Офлайн

#7 Окт. 26, 2012 13:44:57

CAMELION
Юрий
Из: Планета земля
Зарегистрирован: 2011-10-12
Сообщения: 5783
Репутация: +  12  -
Профиль  
Отправить e-mail  

Статьи для тех кто только в начале самого интересного

Текущее обслуживание модельных ДВС

Любой современный модельный мотор это произведение технического искусства.

И нельзя в него залезать при помощи молотка и зубила (даже разогрев предварительно). Геометрия пары мотора очень сложная и точная, все размеры имеют допуски примерно 0.001 - 0.005 мм (уточняю: 1 - 5 МИКРОН!!!). Гильза никогда не “втюхивается” в картер “на горячую”, это подшипники коленвала могут так садится, а гильза просто имеет плотную посадку с зазором не более 0.01 - 0.03 мм. Естественно, что даже неаккуратная промывка какой-нибудь не сильно чистой гадостью типа солярки и т.д., может привести к тому, что при последующей сборке возникнут перекосы со всеми вытекающими…

А теперь, очень коротко, о том, когда и как разбирать и промывать мотор.

КОГДА?

Крайне желательно - перед первым запуском нового мотора. Достаточно не полной разборки с тщательным полосканием в “галоше” или авиационном керосине.

В дальнейшем - пару раз в год (перед началом сезона и после его окончания, для зимней консервации). Кроме того, каждый раз при неаккуратной посадке, когда мотор откровенно “наелся” пыли и грязи (перед промывкой НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ НЕ ПРОВОРАЧИВАТЬ ВАЛ мотора!!!).

В том случае, если при посадке был удар мотора об землю (про асфальт я уж и не говорю - это полный атас!), после промывки ОБЯЗАТЕЛЬНО проконтролировать геометрию основных узлов - картер, коленвал, гильза и поршень. Но для этого нужно иметь соответствующий мерительный инструмент: нутромер, пассамерт с микронной шкалой, калибры, и т.д. И конечно - опыт работы с таким инструментом. Не только обычным “колумбиком”, даже японским штангелем “Митутойо” с пятисоточным нониусом, здесь не обойтись.

КАК?

Прежде всего: никаких чрезмерных усилий, молотков, “монтировок”, “выковыривалок” и т.д.

Свечной ключ, если головка вкручивающаяся - то ключ для головки, отвертка (прямая и крестообразная), пинцет с тонкими губками, возможно - маленькие пассатижи или утконосы. Может потребоваться специальный маленький шестигранник для винтиков с “ихней” хитрой головкой. Все работы ведутся на чистом столе, покрытом не ворсистой тканью, или (лучше) листом плотной бумаги типа чертежного ватмана.

Практически любой мотор разбирается так:

Перед любой работой с мотором его необходимо очистить снаружи от грязи и масла простым “обтиранием” тряпкой, смоченной в обычном бензине или керосине. Растворители применять НЕЛЬЗЯ!!!

НЕПОЛНАЯ РАЗБОРКА (для профилактической промывки) - снимается (откручивается) глушитель, выкручивается свеча, откручиваются винты на головке (обычно от 4 до 8 винтов М2.5 - М4), снимается головка, осторожно снимаются прокладки головки, снимается задняя крышка (может выкручиваться или крепиться на 3 - 4 винта (обычно М3 - М4). Если есть - снимается карбюратор, его лучше не разбирать, чтобы не сбить настройки. Если мотор не RC-шный, выкручивается игла жиклера и сам жиклер.

Все детали (кроме крепежных винтов - их можно промыть отдельно) помещаются в емкость с галошей, и тщательно промываются “нелиняющей” кистью с длинным и достаточно жестким волосом. Для внешних поверхностей можно использовать зубную щетку “Колгейт-Тотл”. Еще лучшие результаты получаются при промывке деталей в ультразвуковой ванне. Для этой цели вполне подойдет даже ультразвуковая стиральная “примочка” - кажется, эти машинки называются “Рексона”.

“Внутренности” промывают, прокручивая вал полностью погруженного в галошу мотора. Никаких тряпок, тампонов, и прокладок “Олвейс-то-дэй” не использовать! После промывки очень желательно все продуть сжатым воздухом. Удалять нагар с донца поршня и камеры сгорания при такой промывке не надо.

Перед сборкой ничего не смазывать! Единственно, что можно чуть смазать чистой касторкой - это посадочное место головки - верхний торец гильзы. Все детали, вплоть до крепежных винтов ставить на свои места, особенно внимательно устанавливать прокладки под головку.

Винты на головке закручиваются до упора (без усилия), затем подтягиваются с легким усилием (не перебарщивать!) последовательно: 1-3-2-4, 1-4-2-5-3-6. Для 8-ми винтов сами сообразите. Также крепится и задняя стенка (крышка).

ПОЛНАЯ РАЗБОРКА (для тщательной промывки или замены деталей) - начинается также, как и неполная. Если у мотора съемный носок, откручиваем винты и аккуратно извлекаем его из картера вместе с коленвалом. Затем очень аккуратно выдавливается гильза. Это в идеале делается пальцами, снизу, через отверстие задней стенки. Если так не удается - можно попробовать подцепить гильзу ручкой зубной щетки через выхлопное окно (не металлической отверткой!!!).

После этого (если не снят носок мотора) вал устанавливают в НМТ (нижняя мертвая точка) и с мотыля коленвала снимается шатун. Поршень с шатуном достается вверх. Запоминаем, как был установлен поршень! Можно даже тихонько швейной иглой или острой чертилкой на донце поршня поставить метку (стрелку). Выпрессовывать поршневой палец потребуется только для замены шатуна, пальца или самого поршня. Чаще всего можно обойтись без этого.

Снимаем опорную шайбу с коленвала. Затем выдавливается из картера сам коленвал. В нормальном моторе он довольно легко “выскальзывает” из подшипников от усилия в 1-5 кг. Можно слегка постучать по валу легким медным (латунным) предметом или брусочком плотного дерева (бук, береза). Внимательно проследить, какие регулировочные шайбы и/или распорные втулки были на коленвалу! При обратной сборке эти детали ставить на место той же стороной!

ТЕПЕРЬ - ПОДШИПНИКИ.

Чаще всего подшипники садятся “на горячую”. И точно так же выпрессовываются. Для этого картер нагревается на электроплитке с ЗАКРЫТОЙ спиралью до температуры 120-180 градусов С. Температуру проще всего контролировать спичкой: при этих температурах головка спички оставляет на металле картера серный след, но НЕ воспламеняется. Нагретый картер легко ударяют ВСЕЙ задней плоскостью о деревянную поверхность, при этом коренной подшипник должен сам выскочить из посадочного гнезда. Носовой подшипник иногда приходится вытягивать каким-либо съемником или просто выдавливать через полость картера круглой деревянной палочкой подходящего диаметра.

В том случае, если коленвал “вылез” вместе с коренным подшипником, пусть он там (на валу) и остается, снимать не надо. После полной разборки делается первая “грубая” промывка в галоше. Затем - тщательный осмотр всех деталей и выявление “нештатностей” - потёртостей, задиров, царапин, наклепов.

ОСОБОЕ ВНИМАНИЕ - паре поршень-гильза.

Нормальное зеркало цилиндра должно быть глянцевым, и только у “дизелей” (компрессионных моторов) почти в самом верху допускается небольшая матовая полоска - потертость от поршня. Это из-за того, что обычно гильза цилиндра имеет небольшой (~ 0.01-0.02 мм) конус и в этом месте поршень чуть “прикусывает”, это “прикусывание”, впрочем, есть и у калильных моторов.

В самом верху гильзы всегда виден кольцевой след нагара. Каких-либо царапин, сколов, задиров на зеркале (да и на других поверхностях гильзы) быть не должно. Так же осматривается и поршень. Если поршень окольцованный“, то кольца лучше не снимать - не имея опыта это достаточно сложно сделать, не сломав хрупкого кольца.

Все детали тщательно промываются 2-3 раза в галоше (каждый раз в чистой порции!). Внимательно контролируется чистота мелких отверстий и каналов для смазки трущихся поверхностей.

Особенно тщательно моются подшипники. Хороший, чистый подшипник, надетый на деревянную палочку и раскрученный рукой должен свободно вращаться не менее 10 секунд, издавая при этом ровный, чуть жужжащий, звук без всяких дребезгов, звяканьев, и, конечно без малейших заеданий.

Бессмысленно надеяться на то, что заедающий (или ”хрустящий“) подшипник ”раскатается“ при работе.

При полной разборке также целесообразно удалить нагар с донца поршня и с поверхности камеры сгорания. К сожалению, не применяя каких-либо приспособлений это обычно сделать бывает очень трудно. Эту операцию нужно проводить очень аккуратно, не используя металлических скребков. Можно использовать скребки из твердой пластмассы, на ”финишных“ стадиях - ОЧЕНЬ мелкую шлиф-шкурку, которой НЕ задевать сопряженные поверхности пары. После использования любых абразивов, детали промываются зубной щеткой в горячей воде с обычным мылом, затем ополаскиваются в чистой галоше. Перед самой сборкой гильза цилиндра и поршень тщательно вытираются обычной писчей бумагой. Здесь нельзя применять для протирки ткань - она может оставить на поверхности деталей ворс.

СБОРКА промытого и протертого двигателя ведется в обратном порядке. Первым делом в разогретый картер сажаются коренной и носовой подшипники коленвала. В качестве направляющей оправки лучше всего использовать сам коленвал. Затем вставляем (вдавливаем) коленвал, не забывая про регулировочные шайбы и распорную втулку. Для уменьшения усилий поверхность вала можно слегка смазать тем маслом, которое используется в топливе этого мотора. Вся остальная сборка ведется, как правило ”на сухую“.

На мотыль одевается шатун в сборе с поршнем. При этом не перепутать расположение поршня! Он часто имеет несимметричные прорези в юбке (а у двигателей больших кубатур поршень иногда бывает и с дефлектором), так что неправильная его установка может вообще привести к поломке мотора.

При установке носка не забыть установить прокладку (то же самое нужно будет сделать при установке задней крышки).

Затем аккуратно вставляется гильза, здесь тоже можно применить капельку масла. Обязательно проследить, чтобы гильза заняла в картере исходное положение, и не была повернута в ту или другую сторону.

Теперь можно установить головку цилиндра, опорную шайбу винта, пропеллер (или маховик) и попробовать аккуратно провернуть СУХОЙ двигатель на 1-2 оборота (без свечи). Вал правильно собранного мотора должен легко вращаться без каких-либо заеданий, скрипов и усилий и только при подходе к ВМТ может ощущаться некоторое увеличение усилия за счет конусности гильзы цилиндра.

После этого можно вкрутить свечу, в выхлопное окно капнуть 2-3 капли топлива и провернуть двигатель ”в мокрую“. Должна сразу появиться компрессия и должен слышаться ”чавк“ или ”чмок“ при проходе ВМТ. Если все нормально, можно ставить заднюю крышку, карбюратор или жиклер…
… и всё!

В ЗАКЛЮЧЕНИЕ хочу сказать: если двигатель промывался перед зимней ”спячкой“, то лучше его оставить сухим, не капать в него топливо или масло, а лучше герметично упаковать в полиэтиленовый пакет, в который не лишне будет положить пакетик влагопоглотителя (селикогеля). Законсервированный таким образом двигатель можно весной уже не промывать, а сразу ставить на модель.

И еще. Я специально ограничился описанием ТОЛЬКО ПРОМЫВКИ мотора и не касался даже самого мелкого его ремонта. Очевидно, что в коротенькой теме невозможно НОРМАЛЬНО описать ремонтные операции.

Кто-то может спросить: зачем такие сложности? Дескать, можно просто сполоснуть в бензинчике моторчик и всё…

Можно. Но такой мотор и его владелец рано или поздно удостоятся чести быть упомянутыми, как ”мужик, который разобрал, помыл, собрал и оно не заработало".
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).


Достучаться до справедливости в ворота дворцов можно лишь прикладами винтовок

Офлайн

#8 Окт. 26, 2012 13:47:18

CAMELION
Юрий
Из: Планета земля
Зарегистрирован: 2011-10-12
Сообщения: 5783
Репутация: +  12  -
Профиль  
Отправить e-mail  

Статьи для тех кто только в начале самого интересного

Выхлопные системы двигателей внутреннего сгорания

Я уже писал о резонансных глушителях - “дудках” и “маффлерах/муфлерах” (моделистами используется несколько терминов, производных от английского “muffler” - глушитель, сурдинка и т.д). Почитать об этом можно в моей статье “А вместо сердца - пламенный мотор”.

Наверное, стоит поговорить подробнее о выхлопных системах ДВС в целом, чтобы научиться разделять “мух от котлет” в этой не простой для понимания области. Не простой с точки зрения физических процессов, происходящих в глушителе после того, как двигатель уже завершил очередной рабочий такт, и, казалось бы, сделал свое дело.

Далее речь пойдет о модельных двухтактных двигателях, но все рассуждения верны и для четырехтактников, и для двигателей “не модельных” кубатур.

Напомню, что далеко не каждый выхлопной тракт ДВС, даже построенный по резонансной схеме, может дать прирост мощности или крутящего момента двигателя, равно как и уменьшить уровень его шума. По большому счету, это два взаимоисключающих требования, и задача конструктора выхлопной системы обычно сводится к поиску компромисса между шумностью ДВС, и его мощностью в том или ином режиме работы.

Это обусловлено несколькими факторами. Рассмотрим “идеальный” двигатель, у которого внутренние потери энергии на трение скольжения узлов равны нулю. Также не будем учитывать потери в подшипниках качения и потери, неизбежные при протекании внутренних газодинамических процессов (всасывание и продувка). В итоге, вся энергия, высвобождаемая при сгорании топливной смеси, будет расходоваться на:

1) полезную работу движителя модели (пропеллер, колесо и т.д. Рассматривать КПД этих узлов не будем, это отдельная тема).

2) потери, возникающие при еще одной цикличной фазе процесса работы ДВС - выхлопе.

Именно потери выхлопа стоит рассмотреть более детально. Подчеркну, что речь идет не о такте “рабочий ход” (мы условились, что двигатель “внутри себя” идеален), а о потерях на “выталкивание” продуктов сгорания топливной смеси из двигателя в атмосферу. Они определяются, в основном, динамическим сопротивлением самого выхлопного тракта - всего того, что присоединяется к картеру мотора. От входного до выходного отверстий “глушителя”. Надеюсь, не надо никого убеждать в том, что чем меньше сопротивление каналов, по которым “отходят” газы из двигателя, тем меньше нужно будет потратить усилий на это, и тем быстрее пройдет процесс “газоотделения”.

Очевидно, что именно фаза выхлопа ДВС является основной в процессе шумообразования (забудем о шумах, возникающем при всасывании и при горении топлива в цилиндре, равно как и о механических шумах от работы механизма - у идеального ДВС механических шумов просто не может быть). Логично предположить, что в таком приближении общий КПД ДВС будет определяться соотношением между полезной работой, и потерями на выхлоп. Соответственно, уменьшение потерь на выхлоп будет повышать КПД двигателя.

Куда расходуется энергия, теряемая при выхлопе? Естественно, она преобразуется в акустические колебания окружающей среды (атмосферы), т.е. в шум (разумеется, имеет место и разогрев окружающего пространства, но мы об этом пока умолчим). Место возникновения этого шума - срез выхлопного окна двигателя, где происходит скачкообразное расширение отработанных газов, которое и инициирует акустические волны. Физика этого процесса очень проста: в момент открытия выхлопного окна в маленьком объеме цилиндра находится большая порция сжатых газообразных остатков продуктов сгорания топлива, которая при выходе в окружающее пространство быстро и резко расширяется, при этом и возникает газодинамический удар, провоцирующий последующие затухающие акустические колебания в воздухе (вспомните хлопок, возникающий при откупоривании бутылки шампанского). Для уменьшения этого хлопка достаточно увеличить время истечения сжатых газов из цилиндра (бутылки), ограничивая сечение выхлопного окна (плавно приоткрывая пробку). Но такой способ снижения шума не приемлем для реального двигателя, у которого, как мы знаем, мощность прямо зависит от оборотов, следовательно - от скорости всех протекающих процессов.

Можно уменьшить шум выхлопа другим способом: не ограничивать площадь сечения выхлопного окна и времени истечения выхлопных газов, но ограничить скорость их расширения уже в атмосфере. И такой способ был найден.

Еще в 30-х годах прошлого века спортивные мотоциклы и автомобили начали оснащать своеобразными конусными выхлопными трубами с маленьким углом раскрыва. Эти глушители получили название “мегафонов”. Они незначительно снижали уровень выхлопного шума ДВС, и в ряде случаев позволяли, также незначительно, увеличить мощность двигателя за счет улучшения очистки цилиндра от остатков отработанных газов за счет инерционности газового столба, движущегося внутри конусной выхлопной трубы.

Расчеты и практические опыты показали, что оптимальный угол раскрыва мегафона близок к 12-15 градусам. В принципе, если сделать мегафон с таким углом раскрыва очень большой длины, он будет достаточно эффективно гасить шум двигателя, почти не снижая его мощности, но на практике такие конструкции не реализуемы из-за очевидных конструктивных недостатков и ограничений.

Еще один способ снижения шума ДВС заключается в минимизации пульсаций отработанных газов на выходе выхлопной системы. Для этого выхлоп производится не непосредственно в атмосферу, а в промежуточный ресивер достаточного объема (в идеале - не менее чем в 20 раз превышающий рабочий объем цилиндра), с последующим выпуском газов через относительно маленькое отверстие, площадь которого может быть в несколько раз меньше площади выхлопного окна. Такие системы сглаживают пульсирующий характер движения газовой смеси на выходе из двигателя, превращая его в близкий к равномерно-поступательному на выходе глушителя.

Напомню, что речь в данный момент идет о глушащих системах, не увеличивающих газодинамическое сопротивление выхлопным газам. Поэтому не буду касаться всевозможных ухищрений типа металлических сеток внутри глушащей камеры, перфорированных перегородок и труб, которые, разумеется, позволяют уменьшить шум двигателя, но в ущерб его мощности.

Следующим шагом в развитии глушителей были системы, состоящие из различных комбинаций описанных выше способов глушения шума. Скажу сразу, в большинстве своем они далеки от идеала, т.к. в той или иной степени увеличивают газодинамическое сопротивление выхлопного тракта, что однозначно приводит к снижению мощности двигателя, передаваемой на движитель.
Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).


Достучаться до справедливости в ворота дворцов можно лишь прикладами винтовок

Офлайн

#9 Март 4, 2014 09:57:37

CAMELION
Юрий
Из: Планета земля
Зарегистрирован: 2011-10-12
Сообщения: 5783
Репутация: +  12  -
Профиль  
Отправить e-mail  

Статьи для тех кто только в начале самого интересного



Это двигатель внешнего сгорания


Достучаться до справедливости в ворота дворцов можно лишь прикладами винтовок

Офлайн

#10 Март 19, 2014 22:42:01

CAMELION
Юрий
Из: Планета земля
Зарегистрирован: 2011-10-12
Сообщения: 5783
Репутация: +  12  -
Профиль  
Отправить e-mail  

Статьи для тех кто только в начале самого интересного

Маленькие ДВэСИКИ





Достучаться до справедливости в ворота дворцов можно лишь прикладами винтовок

Отредактировано CAMELION (Март 19, 2014 23:39:14)

Офлайн

Друзья сайта

  • www.vipatovo.ru - Ипатовский информационный портал
  • www.rc-box.ru - Красноярский форум моделистов.
  • rcmarket.su - Интернет магазин радиоуправляемых моделей.

Board footer

Модераторировать

Powered by DjangoBB

Lo-Fi Version